Физика/2. Физика твердого тела

к.ф.-м.н. Тагаева Б.С., д.ф.-м.н. Ким Л.М., Тусупбекова А.К.

Карагандинский государственный университет им.Е.А. Букетова, Казахстан

Влияние примесных ионов меди на рекомбинационные процессы в кристаллах KDP

Известно [1], что ионы Cu²⁺ входят в кристаллическую решетку KDP по-разному. Методом ЭПР показано, что при активации KDP нитратом меди ионы Cu²⁺ занимают преимущественно катионные узлы, а при активации с помощью соли CuSO₄ ион двухвалентной меди занимает межузельное положение [1].

Целью данной работы является установление влияния примесных ионов меди, занимающих различное положение в кристаллической решетке, на рекомбинационные процессы в кристаллах KDP.

Кристаллы KDP, активированные ионами двухвалентной меди, были выращены из насыщенных водных растворов методом изотермического испарения растворителя при 40 ⁰С. Для допирования образцов в исходный раствор добавлялись соли Cu(NO₃)₂ и CuSO₄ в количестве 0,2 моль %. Такая концентрация примесных ионов обеспечивает вхождение ионов меди в кристаллическую решетку KDP преимущественно в катионном узле или в междоузельное положения, соответственно. В обоих случаях были получены монокристаллы, имеющие заметную окраску. Измерение спектра поглощения позволило установить, что оптическое поглощение меди у этих образцов различно (см. рис. 1). Следовательно, это можно связать с тем, что ионы меди занимают различное положение.

Были измерены кривые термостимулированной люминесценции (ТСЛ) после рентгеновского облучения. Для того, чтобы выделить влияние ионов меди нами были измерены кривые ТСЛ для кристаллов KDP-К₂SO₄ и KDP-КNO₃. На рис. 2 приведена типичная кривая ТСЛ для KDP-CuSO₄. Наличие примесных ионов меди приводит к появлению нового пика рекомбинационной люминесценции с максимумом при 140К. Этот пик выделяется явно после изотермического отжига облученного образца при 110-120К (кривая 2).

Для образца KDP-Cu(NO₃)₂ также наблюдается новый пик ТСЛ при 140К. Кроме него наблюдается еще один пик при 240К.

Измерение спектрального состава при 120К и 140К показало, что он одинаков. Он представляет собой одиночную полосу с максимумом при 2,6 эВ. Таким образом, установлено, что температурное положение этого нового пика ТСЛ и его спектральный состав не зависит от наличия в KDP примесных анионов NO₃^- или SO₄^2- и от положения примесных ионов Cu²⁺ в кристаллической решетке матрицы. Это позволяет утверждать, что появление пика ТСЛ при 140К с одной стороны, связано с наличием примесных ионов двухвалентной меди, с другой стороны - его свойства не зависят от Cu²⁺.

Известно, что пик ТСЛ при 120К связан с распадом В-радикалов [2]. В-радикал является одним из дефектов, который возникает в решетке KDP, и он дает наведенную полосу поглощения. Мы измерили кривые термообесцвечивания в полосе поглощения В-радикалов. На рис. 3 приведен полученный результат. Видно, что наличие ионов меди меняет ход кривой термообесцвечивания. Это позволяет приписать пик ТСЛ при 140К В-радикалам, уровень термической стабильности которых повышен из-за влияния примесных ионов меди. Как уже говорилось выше в кристаллах KDP-Cu(NO₃)₂ на кривой ТСЛ появляется новый пик при 240К. Измерение спектров поглощения в полосах поглощения ионами меди показало, что оптическая плотность примесного поглощения после облучения уменьшается. Следовательно, под действием радиации в кристаллах KDP-Cu(NO₃)₂ происходит изменение зарядового состояния примесных ионов меди. Установлено, что исходная концентрация ионов Cu²⁺ восстанавливается в области 240К, где наблюдается новый пик свечения (см. рис. 4).

Кроме того, в кристалле KDP-Cu(NO₃)₂ появляется новая полоса поглощения в области 6,2 эВ. Установлено, что если ион Cu²⁺ является ионом замещения, то при облучении рентгеновскими квантами примесный ион играет роль ловушек для электронов.

Таким образом, в зависимости от положения в кристаллической решетке примесные ионы меди по-разному влияют на рекомбинационные процессы в кристаллах KDP. Если ионы меди занимают межузельные положения, то их наличие проявляется повышением термической стабильности у части В-радикалов. Если ионы меди являются ионами замещения, то они повышают термическую стабильность В-радикалов и являются ловушками для электронов. Образованием электронных примесных центров обусловлено появление пика при 240К.

Литература:

1. Otani A., Makishima S. J. Phys. Soc. Jap. – 1969. – V. 26. – P. 85-91.

2. Тагаева Б.С., Кукетаев Т.А., Ким Л.М., Балтабеков А.С. Оптические и радиационные свойства KDP, активированных ионами талия// Вестник КазНУ. Серия физическая. – 2008. – №1 (25). – С. 68-74.