Способ определения присутствия ассоциатов точечных дефектов в кристаллах z @ о
Изобретение относится к аналитической химии. Цель - выявление наличия в кристаллах оксида цинка ассоциатов (FeznxLI1zn). Образцы облучают светом с длиной волны 405 нм при температуре жидкого азота. Регистрируют спектр люминесценции при 650-800 нм. По наличию полосы с А макс 720 нм судят о присутствии ассоциатов . 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК (19) (11) (sl)s G 01 N 21/64
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4683484/25 (22) 26,04.89 (46) 23.04.92. юл. М 15 (71) Институт кристаллографии им. А.В. Шубн икова (72) B.À, Никитенко, Л.Н. Демьянец, И.П. Кузьмина, С.Г. Стоюхин и А.И. Терещенко (53) 543,42(088.8) (56) Кузьмина И.П., Никитенко В.А. Окись цинка. Получение и оптические свойства.—
M.; Наука, 1984, с. 166. . Гавриленко B.È. и др. Оптические свойства полупроводников. — Киев; Наукова
Думка, 1987, с, 600.
Изобретение относится к способам определения ассоциатов точечных дефектов в кристаллах, в частности ассоциатов вида (Fe znLi zn= в кристаллах оксида цинка, и х 1 может быть использовано при гидротермальном выращивании монокристаллов, предназначенныхдля разнообразных целей опто- и акустоэлектроники, Выращенные гидротермальным спосо- . бом монокристаллы в силу специфики метода легированы литием и железом, имеют низкое значение удельного сопротивления
p Q 10 Ом см и с целью использования их в качестве активных элементов акустоэлектроники подвергаются последующему отжигу в ZizCOa, что существенно увеличивает. сопротивление кристаллов до значений 10
Ом см (1).
Режим отжига зависит от технологии выращивания кристаллов, при этом не всегда удается получить образцы с достаточно
2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИСУТСТВИЯ АССОЦИАТОВ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ.ZnO (57) Изобретение относится к аналитической химии. Цель — выявление наличия в кристаллах оксида цинка ассоциатов (Fezn"LI zn). Образцы облучают светом с длиной волны 405 нм при температуре жидкого азота. Регистрируют спектр люминесценции при 650 — 800 нм. По наличию полосы с AM>« = 720 нм судят о присутствии ассоциатов. 1 ил. высоким значением удельного сопротивления, что снижает возможность применения кристаллов. Как показали многочисленные исследования и расчеты основным отрицательным моментом при термообработке является образование ассоциатов примеси железа и лития типа (Fezn Lizn ), в результате чего энергетический уровень примеси
Fezn" существенно приближается к зоне проводимости и образуется относительно мелкий донор, повышающий электропроводность кристаллов оксида цинка. Ясно, что для обработки технологии изготовления акустических монокристаллов ZnO необходим какой-либо метод, позволяющий контролировать присутствие рассмотренных ассоциатов.
Однако в литературе отсутствует описание какого-либо способа определения присутствия ассоциатов (Fezn" Ыгп ) в кристаллах оксида цинка. Хотя и сообща1728737 лось о регистрации ассоциатов типа (Zlt
Vzn+), (Znzn Vzn+) по налиЧию полосы с
iluaxc 369,2 — 370 нм в спектрах люминесценции оксида цинка. Эту методику можно считать ближайшим техническим решением к предлагаемому способу.
Однако, это другие ассоциаты, а сама методика отличается применением межэонного возбуждения от лазера ЛГИ-21 (Лвоэо. = 337 нм), при котором не проявляются ассоциаты вида (Fezn" Zlzn).
Целью изобретения является разработка метода, пригодного для определения ассоциатов (Fezn" Llzn ) в Zn0, В кристаллах оксида цинка, одновременно легированных железом и литием, часто присутствует характерная структурная красная люминесценция с максимумом полосы в спектре в области 720 нм. Дальнейшие исследования по термообработке кристаллов в различных условиях и энергетического положения уровней примеси лития и железа в оксиде цинка позволили сделать заключение, что обнаруженная красная люминесценция связана с переходом электронов с донорных уровней ассоциатов (Fezn Llzn ) на литиевые парамагнитные состояния Llzn" и является индикатором присутствия исследуемых ассоциатов. Поэтому оптимизация условий наблюдения рассмотренного красного излучения позволила создать методику определения присутствия аесоциатов (Fezn"
Llzn ) в оксиде цинка.
Поставленная цель достигается тем, что при температуре жидкого азота исследуется красная люминесценция кристаллов.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
По стандартной методике снимают спектр фотолюминесценции кристаллов
ZnO в области длин волн 650-800 нм. Оптимальные условия сьемки соответствуют температуре жидкого азота, что отвечает максимуму в зависимости красной люминесценции от температуры. Возбуждение образца проводится линией ртутной лампы (например, ДРТ-220) с длиной волны 405 нм, так как максимум в спектре возбуждения красного излучения приходится на диапазон 400 — 410 нм, и другие линии излучения пампы менее эффективны. В используемой установке излучение ртутной лампы ДРТ-220 монохроматизируется с помощью входного монохроматора МДР-З, спектр люминесценции исследовался на выходном монохроматоре МДР-3 с фотоэлектронным умножителем. Представленный диапазон исследования спектра фотолюминесценции
50 соответствует протяженности полосы красной люминесценции рассматриваемых ассоциатов.
Предлагаемый способ определения наличия ассоциатов (Fezn Llzn ) в кристаллах оксида цинка, основанный на анализе интенсивности красной люминесценции при идентичных условиях исследования кристаллов, может быть использован при оптимизации технологии изготовления акустических и лазерных образцов (рассмотренные ассоциаты, поглощая лазерное излучение в кристаллах ZnO, снижают эффективность генерации), а также для проведения научных исследований ассоциатов точечных дефектов.
На чертеже изображены спектры красной фотолюминесценции гидротермального монокристалла оксида цинка.
Пример 1, Исходный монокристалл оксида цинка, выращенный гидротермальным методом, возбуждают при температуре жидкого азота излучением лампы ДРТ-220 на длине волны 465 нм. В красной области спектра обнаружена специфичная люминесценция, вызванная присутствием в кристаллах ассоциатов вида. (Fezn Llzn ), кривая 1.
Пример 2. Исходный монокристалл оксида цинка, выращенный гидротермальным методом, возбуждают при температуре жидкого азота излучением лампы ДРТ-220 на длине волны 365 нм. Люминесценции, связанной с присутствием в кристалле ассоциатов (Fezn Llzn ) не обнаружено, так как длина волны возбуждающего излучения не подходит для возбуждения красного излучения.
Пример 3; Монокристалл оксида цинка, полученный гидротермальным способом, термообработан в 02СОэ при
Т = 700 С в течение 7 сут. В результате анализа красной люминесценции образца при температуре жидкого азота и возбуждении линией 405 нм от лампы ДРТ-20 выяснено, что такая термообработка способствует образованию ассоциатов (Fezn" Llzn"), кривая 2.
Пример 4. Монокристалл оксида цинка, термообработанный по примеру
3, дополнительно отожжен на воздухе при Т = 800 С в течение 10 ч (условия согласно известным данным благоприятные для образования ассоциатов), В результате возбуждения образца излучением линии
405 нм от лампы ДРТ-220 при температуре жидкого азота обнаружена максимальная по интенсивности красная люминесценция ассоциатов (Fezn" Llzn ), кривая 3.
1728737
Q,Ея.е>.
100 150 8оО " ни
Составитель О. Бадбиева
Редэктор М. Янкович Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик
Заказ 1403 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Предлагаемый способ определения присутствия ассоциатов (Fez " Uzn ) в кристэллэх оксида цинка может найти применение при изготовлении акустоэлектронных преобрэзователей различного нэзнэчения, 5 ультрафиолетовых твердотельных лээеров и для отработки технологии выращивания монокристаллов с заданными свойствами.
Основным достоинством предлагаемого метода является его уникальность, отно- 10 сительная простота и высокая эффективность, Эффект изобретения заключается в разработке способа определения присутствия ассоциэтов точечных дефектов в кристаллах 15 оксидэцинкэ.аследовательно,вулучшении технических характеристик и в расширении применения ZnO.
Формула изобретения
Способ определения присутствия ассоциатов точечных дефектов в кристэллэх
ZnO, включающий люминесцентные исследованияорэзцов,отличающийсятем, что, с целью выявления наличия в кристэллэх оксида цинка ассоциэтов (Fez>" LID ), образцы подвергэют возбуждению излучением с длиной волны 405 нм при температуре жидкого азота с последующей записью спектра люминесценции в области длин волн
650-800 нм и по проявлению в спектрах излучения красной полосы с Х и 720 нм судят о наличии рассмотренных эссоциэтов.
