2. Исследование оптических свойств кристаллов ZnSe:Ni

2.1. Методика легирования кристаллов ZnSe:Ni

Для исследования были взяты монокристаллы селенида цинка, выращенные методом свободного роста [12]. Легирование кристаллов осуществлялось путем диффузии примеси из напыленного на поверхность кристалла металлического слоя Ni в атмосфере насыщенных паров цинка. Кристаллы отжигались в эвакуированных кварцевых ампулах при температурах 850˚C-1000˚C в течение времени 0.5-5 ч. После отжига кристаллы приобретали характерный темно-серый цвет. Это позволяло наблюдать диффузионный профиль примеси при помощи оптического микроскопа.

Диффузия никеля осуществлялась в условиях, когда концентрация примеси в источнике (металлическом слое никеля) оставалась практически постоянной.

Спектры оптической плотности в видимой области длин волн измерялись при помощи спектрофотометра СФ-46 с дифракционной решеткой. Спектры пропускания в средней ИК-области получены при помощи дифракционного монохроматора МДР-6. Спектры оптической плотности измерялись при температурах 77 и 293К, а спектры пропускания – при 293К.

Для измерения диффузионного профиля примеси выкалывалась тонкая (0.2-0.4мм) пластинка кристалла ZnSe:Ni в плоскости, перпендикулярной направлению диффузионного потока. Измерения профиля оптической плотности кристаллов ZnSe:Ni осуществлялись посредством микрофотометра МФ-2. Этот прибор позволял измерять величину оптической плотности с шагом 10мкм в направлении диффузионного потока. При этом измерялась интегральная оптическая плотность в спектральном интервале 440-600нм.

2.2.Методика оптических измерений

В работе исследованы спектры оптического поглощения кристаллов ZnSe:Ni в области края фундаментального поглощения полупроводников (400-600нм), в красной и ближней ИК-области (600-900нм), средней ИК-области (900-3300нм) при температурах 77 и 293 К.

С этой целью использован спектрофотометр СФ-46 с дифракционной решеткой, работающий в интервале длин волн 190-1100 нм. В основу работы спектрофотометра положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец (I), и потока (I₀), падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец – нелегированный кристалл). Оптическая плотность образца определяется как , где - коэффициент пропускания измеряемого образца.

С хема установки для исследования спектров оптической плотности кристаллов показана на (рис.2.1). Для измерения спектров оптической плотности при различных температурах использовалась специальная камера (К), из которой откачивался воздух при помощи насоса HR-150(Н). В камере одновременно можно было расположить два кристалла – исследуемый и контрольный. Контроль температуры обеспечивался дифференциальной медь-константановой термопарой, соединенной с вольтметром В7-35 (mV). Для достижения температуры 77 К использовался жидкий азот, который заливался во внутренний объем камеры. Повышение температуры кристаллов до комнатной осуществлялось нагревателем, расположенным вблизи площадки, на которой располагались кристаллы. Регистрация светового сигнала осуществлялась при помощи блока фотоэлементов (Ф). Для обеспечения работы спектрофотометра в указанном интервале длин волн используются два фотоэлемента и два источника излучения сплошного спектра. Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент с окном из кварцевого стекла применялся для измерений в области 190-700 нм. Кислородно-цезиевый фотоэлемент – для измерений в области 600-1100 нм. Дейтериевая лампа предназначается для работы в области спектра 190-350нм, а лампа накаливания – для работы в области спектра от 340нм до 1100нм.

Измерения спектров оптического поглощения в средней ИК-области осуществлялись на монохроматоре МДР-12 с дифракционными решетками 600 и 400 штр/мм. Первая из них использовалась для анализа спектров поглощения в интервале длин волн 1.1-2.0мкм (средняя-1 ИК-область), а вторая – в интервале длин волн 2.0-3.3мкм (средняя-2 ИК-область). В качестве регистратора светового потока использовался PbS фоторезистор, работающий в режиме регистрации по переменному току.