Исследование влияния условий обработки ZnO на концентрации собственных дефектов и обусловленные ими люминесцентные свойства

• Автор: Тарала, Виталий Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 116 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Общая характеристика соединения .

1.1.1. Термические свойства.

1.1.2. Оптические свойства

1.2. Люминесценция оксида цинка в видимой области

спектра

1.3. Собственные дефекты окиси цинка

1.4. Термодинамика образования собственных дефектов.

1.5. Экспериментальные методы определения

энтальпии образования собственных дефектов.
1.6. Низкотемпературное равновесие
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ .
2.1. Элементы оборудования и установки для синтеза и
исследования свойств оксида цинка
2.1.1. Стабилизированный оксид циркония IV как устройство
для определения парциального давления кислорода в реакторе
2.1.2. Установка для синтеза экспериментальных образцов.
2.1.3. Установка для измерения спектров термостимулированной люминесценции.
2.1.4. Установка для определения спектров диффузного отражения
2.1.5. Установка для измерения спектров люминесценции.
2.1.6. Установка мгновенного фиксирования ЭДС.
2.2. Методики синтеза экспериментальных образцов оксида цинка.
2.2.1. Синтез образцов в управляемой атмосфере кислорода
2.2.2. Методы синтеза люминесцирующего оксида цинка.
ГЛАВА 3. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МФЭ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ СОБСТВЕННХ ДЕФЕКТОВ В ХпО.
3.1. Роль суммарных концентраций междоузельных атомов в формировании ЭДС ячейки Ме,С2пО 2пП2п пО 2п,С,Ме
3.2. Модель определения энергий образования суммы дефектов
3.3. Модель определения механизма образования дефектов
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОНЦЕНТРАЦИЙ СОБСТВЕННЫХ ДЕФЕКТОВ В ЪпО ОТ УСЛОВИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.
4.1. Зависимость концентраций собственных дефектов от давления кислорода при равновесных условиях обработки материала.
4.1.1. I остроение зонной диаграммы для оксида цинка.
4.1.2. Расчет константы ионизации решетки К
4.1.3. Расчет константы образования 2пО.
4.1.4. Расчет константы диссоциации 2п0 на атомы
4.1.5. Методика расчета энергий образования дефектов
для констант равновесия основных реакций
4.1.6. Определение формы изотермы суммарной концентрации
междоузельного цинка.
4.1.7. Расчет энергии образования собственных дефектов
4.1.8. Расчет предэкспоненциальных множителей.
4.1.9. Решение кристаллохимических уравнений
4.1 Качественный анализ полученных результатов
4.2. Зависимость концентраций собственных дефектов от давления кислорода при стационарных условиях обработки материала
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА И СОБСТВЕННЫХ ДЕФЕКТОВ НА ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА
ОКСИДА ЦИНКА
5.1. Зависимость максимальной интенсивности фотолюминесценции
от температуры синтеза.
5.2. Зависимость максимальной интенсивности фотолюминесценции
от парциального давления кислорода при прокалке.
5.3. Зависимость интенсивности фотолюминесценции от времени обработки материала.
5.4. Зависимость спектров термостимулированной люминесценции от условий прокалки.
5.5. Роль собственных дефектов в формировании окраски порошков
оксида цинка.
5.6. Сравнительный анализ различных методов синтеза люминесцируюшего оксида цинка
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В настоящее время промышленности требуется множество различных полупроводниковых соединений обладающих заданным набором свойств. Проблема управления свойствами вещества сопряжена с отсутствием экспериментальных данных по их зависимости от различных условий обработки. Наиболее остро эта проблема стоит перед кислородсодержащими системами, свойства которых изучены лишь в области близкой к насыщенным парам менее летучего компонента металла. В то же время кислородсодержащие соединения привлекают все большее внимание исследователей во всем мире, что отчасти подтверждается увеличением числа работ в этом направлении за последние годы. Высокая потребность исследования этих систем, прежде всего, обусловлена многообразием самих соединений и широтой их прикладных свойств. Так, например, выбранный в данной работе оксид цинка 2пО, благодаря собственным дефектам, обладает самой высокой низко и высоковольтной яркостью катодолюминесценции. Кроме того, 2пО находит широкое применение, в частности, при изготовлении фоторезисторов, пироэлектриков и т. Однако, до настоящего времени остается открытым вопрос, какие дефекты ответственны за те или иные свойства 7пО и каков механизм и закономерности их образования. В связи с этим, задача исследования влияния технологических режимов на величину концентрации собственных дефектов в соединении 7,пО и связанные с ними люминесцентные свойства, является весьма актуальной. Цель работы. Исследование путей управления концентрациями собственных дефектов в 2п0 и их роли в фото и катодолюминесценции. О от давления паров кислорода и температуры прокалки. КаТОДОЛЮхМИНОфора 2пО2п. Апробация работы. Результаты работы были представлены на XXXнаучнотехнической конференции по результатам работы профессорскопреподавательского состава, аспирантов и студентов СевероКавказского государственного технического университета Ставрополь, на Всероссийской научно практической конференции Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии Ставрополь, . Публикации. Результаты исследований опубликованы в шести работах. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, обсуждения полученных результатов, выводов и списка используемых литературных источников. Работа изложена на 6 страницах, содержит рисунка и таблиц. Библиографический список состоит из 5 наименований. Оксид цинка 2пО является полупроводником птипа, относится к широкому классу соединений группы А ВУ и кристаллизуется в структуру вюрцита рис. Су С 6тс , Ъ 2 1. Периоды
ячейки при нормальных условиях имеют значения а3,, А ,
с5,,1 А и несколько зависят от стехиометрии состава 2. Следует отметить, что соотношение са для кристаллов оксида цинка составляет 1, вместо 1,3 для совершенной гексагональной плотноупакованной решетки. Рис. Элементарная ячейка состоит из двух молекул 2пО. Атомы кислорода образуют гексагональную упаковку, а атомы цинка располагаются в центрах тетраэдров, созданных атомами кислорода. Кратчайшее расстояние между
атомами кислорода и цинка составляет 1,2 А параллельно оси с и 1,3 А в трех других направлениях ближайшего тетраэдрического окружения 3. Химическая связь в 2п0 имеет смешанный характер, частично ионный, частично ковалентный. Процент ионной связи 4,5. Удельная электропроводность в зависимости от метода приготовления образцов 2пО меняется в пределах о0м1см1 6 и в основном зависит от степени отклонения от стехиометрии. Свсрхстехиометрический цинк располагается в междоузлиях кристаллической решетки и его концентрация в кристаллах 2пО составляет см3. Помимо электроннодырочной составляющей проводимости, оксид цинка проявляет свойства твердого электролита и обладает ионной проводимостью по цинку 7. Электронные конфигурации изолированных атомов имеют следующий вид
2п1з2р3рс
Орбиты 2б и 2р кислородных ионов О образуют занятую валентную зону, а уровни ионов Ъх создают зону проводимости. Оптическая ширина запрещенной зоны составляет 3,,3 эВ 8. Термодинамические свойства оксида цинка представлены в таб. Таблица 1.