Электропроводность и электронно-дырочные процессы в сильнолегированных окисью магния кристаллах ниобата лития

• Автор: Булычева, Анна Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ГЛАВА 1. ДЕФЕКТНОСТЬ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛА НИОБАТА

ЛИТИЯ (LiNb03)

1.1. Кристаллическая структура монокристалла ниобата лития

(LiNbOj)

1.2. Дефекты кристаллической решетки LiNb03

1.2.1. Собственные дефекты кристаллической решетки LiNb03

1.2.2. Примесные дефекты в кристаллах LiNb03

1.3. Влияние примеси MgO и Ге203 на свойства LiNb03.

Пороговые эффекты

1.4. Электрические свойства конгруэнтных и стехиометрических

кристаллов LiNb03

1.5. Формирование проводящего состояния диэлектриков ионной
бомбардировкой и термической обработкой
1.6. Основные результаты и выводы по главе
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Монокристаллы ниобата лития (LiNb03). Подготовка образцов
2.2. Методика ионного облучения и термической обработки образцов
2.3. Методика измерения электрических параметров ионномодифицированной поверхности диэлектрических материалов
2.4. Метод импульсной люминесцентной спектроскопии и оптического
поглощения
ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
КРИСТАЛЛОВ LiNb03
3.1. Спектры оптического поглощения исходных кристаллов LiNb03
3.2. Спектры оптического поглощения восстановленных кристаллов
LiNbOj

3.3. Спектры оптического поглощения ионно-облученных кристаллов
1л№>Оз
3.4. Спектры импульсной катодолюминесценции кристаллов 1л№>03
3.5. Спектры люминесценции кристаллов ЫМ)03, возбужденных
импульсами электронов наносекундной длительности
3.6. Влияние примеси М£0 на люминесценцию и оптическое поглощение
ЫИЬОз
3.7. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ ЫМЮ3
4.1. Электрическая проводимость конгруэнтных кристаллов Ы]ЧЬ03,
легированных примесями М§0 и Ее203
4.2. Модифицирование электрических свойств кристаллов ниобата
лития
4.2.1. Действие ионного облучения на электрическую проводимость кристаллов ЫМЮз
4.2.2. Влияние термической обработки на электрическую проводимость
кристаллов ЫИЬ03
4.3. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 5. МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ИОННООБЛУЧЕННЫХ И ВОССТАНОВЛЕННЫХ КРИСТАЛЛОВ ЫЫЬ03
5.1. Сравнительный анализ экспериментальных данных исследования
люминесцентных и электропроводящих свойств сильнолегированных окисью магния кристаллов ЬПЧЬОз
5.2. Структурные изменения, происходящие в ЬПЧЬ03 в результате
введения примеси магния различной концентрации
5.3. Физическая модель электрической проводимости ионно-облученных и
восстановленных кристаллов ниобата лития
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Монокристаллы ниобата лития (LiNb03) являются высокотехнологичной электро- и акустооптической средой. Изучение их свойств вызвано разнообразными применениями в устройствах электрооптической модуляции лазерного излучения [1], генерации оптических гармоник, записи оптической информации [2], изготовления пьезоэлектрических преобразователей, создания фотонных кристаллов и т.д. Ниобат лития перспективный материал для разработки лазеров и волноводных усилителей с длиной волны 1.062 мкм. Его уникальные электрооптические, фотоупругие, пьезоэлектрические и нелинейные свойства в комбинации с хорошими механическими свойствами, химической стабильностью и широким диапазоном пропускания послужили основой для создания целого ряда приборов (пироэлектрические сенсоры, электрооптические модуляторы, электрооптические ячейки Покельса, нелинейные и акустооптические элементы И Т.Д.) [3].
Необходимость производства этого кристалла возрастает с каждым годом. Однако чувствительность ниобата лития к лазерному излучению, а также оптические неоднородности, связанные как с собственными, так и с примесными дефектами, ограничивают возможности его применения в оптических устройствах. В этой связи важным является знание оптических и электрических свойств ниобата лития, а также возможность их модификации.
Одним из методов модифицирования физических свойств многокомпонентных материалов является изменение их атомного состава в результате воздействия пучков ускоренных ионов, обеспечивающих экстремально высокие уровни возбуждения. Изменения химического состава приводят к значительным изменениям физических свойств веществ. Одним из наиболее ярких эффектов влияния ионного облучения является гигантский рост электрической проводимости диэлектриков (в 101 °-1020 раз). Исследованиям этого эффекта посвящено большое количество работ, выполненных в НИИ ВН (Лопатин В.В., Кабышев A.B.) и ПНИЛ ЭДИП (Анненков Ю.М., Франгульян
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Монокристаллы ниобата лития (ЬНЧЬОз). Подготовка образцов
Экспериментальная работа выполнялась на ионных кристаллах ниобата лития 1л№>03 (монокристаллах с ионным типом химической связи) стехиометрического и конгруэнтного состава.
Монокристаллы ниобата лития различного химического состава были выращены методом Чохральского из конгруэнтного расплава. Чистота исходных материалов МдО, МЪ205, 1л2С03 и Ре203 была лучше, чем 99.9%. Буля, диаметром 20 мм и высотой 25 мм росла вдоль С-оси, отжигалась в течение двух недель при температуре 1090°С, затем разрезалась в двух направлениях - перпендикулярно (ХУ - срез) и параллельно (УУ - срез) С - оси на пластины толщиной 1 мм, после чего пластины полировались. Химический состав кристаллов следующий: МЬЫ-кр и стал л ы - xMgO(l-x)Lio.487Nbo.5lзQь РМЬК - кристаллы - хМ§ОуРе2Оз(1-х-у)Ъ10.487РЛзо.51зОз.
Необходимо отметить [16], что кристаллическая структура кристаллов ЫЫЬОз, допированных оксидом магния MgO (МЬИ - кристаллы), имеет ту же структуру, что и чистый ниобат лития (ЬИ - кристаллы), вплоть до концентрации MgO — 25 моль%. Морфологических изменений в выращенных кристаллах не наблюдалось, однако, в зависимости от содержания MgO и Ре203 наблюдалась лёгкая окраска образцов.
Список полученных кристаллов и их химический состав представлен в табл. 2.1.
Исследуемые в настоящей работе кристаллы чистого ниобата лития (1ЛЧ -кристаллы), а также с примесями MgO (МЬЫ - кристаллы) и Ре203 (РМЬИ -кристаллы) были предоставлены профессором Ульсанского университета (Южная Корея) господином Илл Вон Кимом.
Косвенным методом выявления точечных дефектов структуры и изучения их природы является исследование спектров поглощения и электропроводности кристаллов. Известно, что в низкотемпературной области электропроводность