Анотація до роботи:

Кавецький Т.С. Композиційні особливості радіаційно-індукованих явищ в халькогенідних склоподібних напівпровідниках потрійної системи Ge-Sb-S. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2002.

Досліджено композиційні особливості радіаційно-індукованих явищ в халькогенідних склоподібних напівпровідниках (ХСН) системи Ge-Sb-S. Встановлено, що g-опромінення дозою 310⁶ Гр викликає довгохвильовий зсув краю оптичного пропускання в області фундаментального поглинання (ефект радіаційно-індукованого потемніння), величина якого залежить від хімічного складу ХСН. Виявлено, що цей ефект є нестабільним в часі, містить дві складові – динамічну та статичну, є максимальним в ХСН, збагачених Ge, і повністю відсутнім в ХСН, збагачених Sb. Показано, що відхилення основних компонентів від стехіометрії істотно впливає на характер композиційних залежностей кількісних параметрів ефекту. Для адекватної інтерпретації спостережуваних явищ запропоновано модель, що базується на концепції вільного об’єму та враховує як компактність структури скла, так і концентрацію хімічних зв’язків, які сприяють проявленню радіаційно-індукованих змін. В практичному аспекті проаналізовані особливості радіаційно-структурних перетворень домішкових комплексів і радіаційно-індукованих змін мікротвердості досліджуваних ХСН.

Дослідження композиційних особливостей радіаційно-індукованих явищ в ХСН потрійної системи Ge-Sb-S і встановлення найбільш адекватного підходу для інтерпретації спостережуваних ефектів дозволяє розширити уявлення про природу невпорядкованого твердого стану речовини, створює можливість цілеспрямованої радіаційної модифікації досліджуваних стекол, розкриваючи тим самим нові перспективи для їх практичного використання. На основі аналізу одержаних результатів можна сформулювати наступні висновки:

g-опромінення ХСН псевдобінарного розрізу Sb₂S₃-GeS₂ викликає довгохвильовий зсув їх краю оптичного пропускання в області фундаментального поглинання (ефект радіаційно-індукованого потемніння), величина якого є лінійною функцією хімічного складу (середнього координаційного числа Z). Ефект радіаційно-індукованого потемніння є максимальним в ХСН, збагачених Ge (Z=2,63), і повністю відсутнім в ХСН, збагачених Sb (Z=2,50). У випадку ХСН нестехіометричного розрізу Sb₂S₃-Ge₂S₃ ефект радіаційно-індукованого потемніння є немонотонною функцією хімічного складу з максимумом в області Z@2,7 і повністю відсутнім в стеклах, збагачених Sb (Z=2,45).

Ефект радіаційно-індукованого потемніння в ХСН системи Ge-Sb-S є нестабільним в часі. Сумарний РІОЕ містить дві складові – динамічну, яка релаксує з часом, та статичну, яка залишається постійною тривалий період після опромінення зразків. Відносний внесок статичної складової в сумарному РІОЕ є найбільшим для ХСН, збагачених Ge, а відносний внесок динамічної складової в сумарному РІОЕ – для ХСН, збагачених Sb, що свідчить про суттєву роль атомів сурми в процесі затухання спостережуваних ефектів.

Адекватний феноменологічний опис композиційних особливостей РІОЕ в ХСН системи Ge-Sb-S може бути проведений з врахуванням ступеня металізації хімічних зв’язків, їх концентрації та параметрів вільного об’єму. Ступінь металізації хімічних зв’язків впливає на чутливість ХСН до g-опромінення. Модель радіаційно-індукованого перерозподілу хімічних зв’язків дає можливість виділити ті зв’язки, які можуть сприяти проявленню РІОЕ. Концепція вільного об’єму, яка враховує як компактність структури, так і концентрацію цих хімічних зв’язків є найбільш адекватною для інтерпретації та кількісного опису композиційних особливостей РІОЕ в ХСН системи Ge-Sb-S.

На мікроструктурному рівні спостережуваний ефект радіаційно-індукованого потемніння пов’язаний з процесами радіаційно-індукованого дефектоутворення. Відносна радіаційно-індукована зміна концентрації заряджених дефектних центрів Dn_t^*/n_t0^* корелює з кількісними параметрами РІОЕ та компактністю структури d досліджуваних ХСН. Можна вважати, що вільний об’єм в структурі скла сприяє стабілізації створених радіацією дефектів, результатом чого є існування статичної складової РІОЕ. Внаслідок g-опромінення має місце зменшення концентрації гетерополярних зв’язків Ge-S за рахунок збільшення концентрації гомополярних зв’язків S-S, що свідчить про перемикання зв’язків Ge-S на S-S у добрій відповідності з моделлю радіаційно-індукованого перерозподілу хімічних зв’язків. Згідно моделі координаційного дефектоутворення ця реакція супроводжується утворенням заряджених дефектних пар недо- і надкоординованих атомів (Ge₃^-, S₃⁺).

Дослідження композиційних особливостей процесів домішкового поглинання в неопромінених ХСН системи Ge-Sb-S показало, що наявність молекулярної води в структурі стекол пов’язана з вмістом атомів сурми; інші ж домішкові комплекси стабілізуються як продукти замикання обірваних зв’язків атомів халькогену, причому вміст халькогеноводневих комплексів -S-H корелює з параметрами вільного об’єму. g-опромінення приводить до незначної зміни прозорості в ІЧ області, яка залежить від вмісту молекулярної води та вільного об’єму в склі.

Мікротвердість неопромінених зразків ХСН системи Ge-Sb-S суттєво залежить від хімічного складу та розмірності структурної сітки. g-опромінення викликає збільшення мікротвердості, що пов’язано з радіаційно-індукованим зміцненням структури скла.

Максимальні радіаційно-структурні перетворення домішкових комплексів та ефект радіаційно-індукованого зміцнення мають місце в стеклах системи Ge-Sb-S, збагачених Ge, що свідчить про можливість цілеспрямованої радіаційної модифікації даних ХСН з метою їх практичного використання в ІЧ техніці.

Достовірність одержаних результатів підтверджується комплексністю проведених досліджень з використанням прецизійних методик та сучасної апаратури, відтворюваністю результатів, їх узгодженням з результатами інших авторів, коли таке порівняння можливе, широкою апробацією результатів дисертації на міжнародних наукових конференціях.