25

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.И.Мечникова

Кафедра экспериментальной физики

Влияние примеси Co и Cr на оптические свойства кристаллов ZnS

Квалификационная работа

студентки 5 курса

заочного отделения

физического факультета

Петковой Алены Владимировны

Научный руководитель

доцент Ницук Ю.А.

Одесса – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………..3

1. Получение и свойства монокристаллов селенида цинка , легированными хромом и кобальтом……………………………….5

   1. Основные характеристики кристаллов А₂В₆, легированными переходными элементами…………………………………………5

   2. Получение кристаллов ZnSe, легированными ионами хрома и кобальта…………………………………………………………..7

      1. Выращивание кристаллов , легированных хромом………7

      2. Получение кристаллов, содержащих кобальт…………….9

   3. Оптическое поглощение и люминесценция ZnSe:Cr…………10

   4. Оптические свойства монокристаллов Zn_1-xCo_xSe…………….12

2. Технология получения исследуемых образцов и методика эксперимента………………………………………………………….17

2.1 Технология легирования кристаллов…………………………….17

Введение

Полупроводниковые соединения группы А₂В₆ обладают рядом уникальных свойств, определяющих их перспективность как исходного материала для создания монокристаллических окон лазеров и высокоразрешающих катодно-лучевых трубок. Большой интерес сейчас представляет применение этих кристаллов в детекторах рентгеновского излучения и в качестве подложек для формирования структур.

В настоящее время актуально изучение соединений группы А₂В₆, легированных переходными элементами (Cr, Co, Ni, Fe и др.). Это связано с тем, что для таких кристаллов характерны внутрицентровые переходы в незаполненных 3d-оболочках этих атомов – поглощение и люминесценция, высоким квантовым выходом. Исследуемые кристаллы могут служить активными средами для компактных лазеров с перестраиваемой длиной волны ИК-излучения. Такие лазеры применяют в медицине, биологии, оптической связи, а также в различных спектроскопических исследованиях, например для оптической идентификации химических веществ. В качестве активного элемента лазера использовались образцы, вырезанные из монокристаллического материала, концентрация хрома в котором находилась в пределах 10¹⁸-10¹⁹ см^-3.

Для реализации эффективного внутрицентрового излучения необходимо, чтобы атомы переходных элементов располагались в матрицах с достаточно широкой запрещенной зоной. Наиболее подходящим в этом случае является селенид цинка, обладающий шириной запрещенной зоны равной 2,7 эВ при 300 К, что позволяет создавать на его основе светодиоды сине-голубого свечения. Кроме того, формирование в кристаллах значительного количества собственных и примесных дефектов позволяет реализовывать люминесцентное излучение во всей видимой области спектра.

В данной работе исследованы монокристаллы сульфида цинка, легированные хромом и кобальтом.

Другим важным направлением применений кристаллов ZnSe, активированных кобальтом, является то, что эти вещества (Zn_1-xCo_xS, Zn_1-xCo_xSe,…) составляют класс разбавленных магнитных полупроводников (РМП), которые иногда называют полумагнитными полупроводниками. В РМП и квантовых структурах на их основе наблюдаются специфические свойства, обусловленные большим магнитным моментом недостроенной 3d-оболочки, – гигантское зеемановское расщепление электронных уровней, гигантское фарадеевское вращение, магнитный поляронный эффект. Практическое применение РМП с различными магнитными примесями относится к области фотоиндуцированного магнетизма, фарадеевских ячеек, магнито-чувствительных низкоразмерных квантовых структур.

Однако, несмотря на определенный успех, существует ряд важных нерешенных задач, что сдерживает дальнейшее применение кристаллов ZnSe:Cr и ZnSe:Co на практике. Среди них такие: совершенствование технологии получения легированных кристаллов; отсутствие данных о процессах диффузии хрома и кобальта в кристаллах; недостаточные исследования оптических характеристик кристаллов ZnSe:Cr и ZnSe:Co в видимой и ближней ИК-области; определение положения основных уровней примесей переходных элементов в запрещенной зоне селенида цинка.

Таким образом, настоящая работа направлена на выяснение влияния примесей хрома и кобальта на оптические, электрофизические и фотоэлектрические свойства монокристаллов ZnSe.