65726

Цілеспрямована стимуляція перебудови полів дефектів структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te

Автореферат

Физика

Однак при сучасній цифровій обробці частина інформації віртуальна тому при комплексному дослідженні впливу перебудови полів дефектів структури на кінетичні фотоелектричні та фотодіелектричні характеристики кристалів необхідно використовувати взаємоузгодженні алгоритми і програми.

Украинкский

2014-08-04

501.5 KB

1 чел.

20

 20 -

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОФІЗИКИ І РАДІАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Бут Андрій Володимирович

УДК 620.192.63: 537.29

ЦІЛЕСПРЯМОВАНА СТИМУЛЯЦІЯ ПЕРЕБУДОВИ ПОЛІВ

ДЕФЕКТІВ СТРУКТУРИ КРИСТАЛІВ CdZnTe і ZnSe:Te

01.04.07 – фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2011


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті
імені М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» МОН України, м. Харків

Науковий

керівник:

доктор технічних наук, професор

Мигаль Валерій Павлович,

Національний аерокосмічний університет імені М.Є. Жуковського
«Харківський авіаційний інститут» МОН України, професор        кафедри фізики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Заславський Борис Григорович,

Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України, провідний      науковий співробітник

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник

Мазілова Тетяна Іванівна,
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний
інститут» НАН України, провідний науковий співробітник

Захист відбудеться «20» червня 2011 р. о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01 у Інституті електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61003, м. Харків, вул. Гамарника, 2, корпус У-3, НТУ «ХПІ», ауд. 204.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61024, м. Харків, вул. Гуданова, 13.

Відгук на автореферат дисертації надсилати на адресу: 61002, м. Харків, вул. Чернишевська, 28, а/с 8812.

Автореферат розісланий «16» травня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01

Пойда А.В.


Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Широке використання детекторів, спектрометрів і інших напівпровідникових приладів на основі кристалів CdZnTe і ZnSe:Te в різних галузях промисловості (аерокосмічній техніці, ядерній енергетиці тощо) обумовлене унікальністю їх сенсорних і інших властивостей. Однак сильно нерівноважні умови при вирощуванні промислових кристалів Cd1-xZnxTe (x0.2) і ZnSe:Te зумовлюють просторову неоднорідність протікання процесів переносу та релаксації. В результаті сенсорам, елементам лазерної техніки та іншим приладам на їх основі притаманна низка спільних проблем. Серед них: нестабільність параметрів, локальна нестійкість характеристик, ефекти пам’яті та інші артефакти відклику, що знижують достовірність вимірювань та одержуваної інформації. Особливо вони проявляються за екстремальних умов (високі енергії випромінювання, різка зміна силових полів тощо).

Попередні дослідження та аналіз літературних даних показали, що в не екстремальних умовах індивідуальні особливості процесів переносу, накопичення і рекомбінації нерівноважних носіїв заряду проявляються в тонких динамічних особливостях прецизійно-виміряних електрофізичних, акустичних і інших характеристиках кристалів, комплексне дослідження яких є актуальною науковою та практичною задачею. Оскільки їх виявлення та аналіз за допомогою традиційних методів дослідження властивостей напівпровідникових сполук досить неоднозначні, то необхідне застосування комп’ютерних методів та інформаційних технологій при одержанні, обробці, відображенні та аналізі експериментальних даних, в яких міститься значно більше фізично-значимої інформації. Однак при сучасній цифровій обробці частина інформації віртуальна, тому при комплексному дослідженні впливу перебудови полів дефектів структури на кінетичні, фотоелектричні та фотодіелектричні характеристики кристалів необхідно використовувати взаємоузгодженні алгоритми і програми.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконані в рамках науково-дослідної роботи Національного аерокосмічного університету імені М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» «Розробка концептуальних засад інформаційно-ентропійного підходу до визначення стійкості характеристик матеріалів електронної техніки» Д505-49/2006 (номер державної реєстрації 0106U001075) і гранту ДФФД України Ф25.4/008 (номер державної реєстрації 0107U009817) «Розробка електроакустичної технології формування високостабільних характеристик напівпровідникових сполук». Автор був виконавцем і відповідальним виконавцем вказаних НДР.

Об’єкт дослідження – промислові кристали Cd1-xZnxTe (x0.2) і ZnSe:Te, які вирощено з розплаву методом Бріджмена та Бріджмена-Стокбаргера.

Предмет дослідження – перебудова полів дефектів структури та її вплив на стабільність параметрів і локальну стійкість електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te.

Мета і задачі дослідження – встановлення закономірностей впливу електромагнітного і електричного полів на характер перебудови пружних та електричних полів дефектів структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te та розробка засобів для її стимуляції. Для досягнення поставленої мети необхідно було:

  1.  Визначити технологічні чинники, що при обробці сприяють стабілізації параметрів та стійкості електрофізичних характеристик монокристалів АIIВVI та твердих розчинів на їх основі.
  2.  Дослідити взаємозв’язок між залишковими напруженнями, що породжені двовимірними дефектами структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, та особливостями структури їх фотоелектричного та фотодіелектричного  відкликів при дії різних зовнішніх чинників.
  3.  Провести пошук шляхів виявлення тих електрично активних дефектів структури, перебудова полів яких супроводжується нестабільністю параметрів та локальною нестійкістю електрофізичних характеристик кристалів.
  4.  Забезпечити прецизійність та циклічність вимірювання електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te шляхом автоматизації досліджень із залученням сучасних цифрових технологій.
  5.  Обґрунтувати показники, що інтегративно відображають динамічну структуру фотовідклику кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, та дозволяють кількісно оцінити характер її зміни при різних видах зовнішнього збудження.
  6.  Визначити технологічні параметри, при яких узгоджений вплив найбільше стимулює перебудову полів тих дефектів структури, які обумовлюють локальну нестійкість електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te.
  7.  Розробити спосіб стабілізації електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, шляхом цілеспрямованої стимуляції перебудови полів певних дефектів структури, та засоби для його реалізації.

Методи дослідження: для структурних досліджень використано методи селективного хімічного травлення та оптичні методи (оптико-поляризаційний, тіньовий, оптичної та ІЧ-мікроскопії), а для дослідження впливу перебудови полів електрично активних дефектів структури на формування локальних нестійкостей електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te застосовано діелектричні, фотоелектричні та акустичні методи, які реалізовано за допомогою промислових та оригінальних вимірювальних модулів апаратно-програмного комплексу.

Наукова новизна одержаних результатів.

  1.  Для аналізу розподілу дефектів структури різного масштабу розроблено оригінальний алгоритм декомпозиції фігур травлення шляхом двовимірного дискретного вейвлет-аналізу зображень травлених поверхонь.
  2.  Вперше показано, що характер перебудови полів дефектів структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te при циклічних вимірюваннях фотовідклику найбільш повно відображається у локальній зміні конфігурацій відповідних сигнатур фазового простору.
  3.  Вперше показано, що необоротні зміни спектру  і кінетики  фотоструму притаманні кристалам, особливості фотовідклику яких обумовлені локальною перебудовою полів певних дефектів структури, яка супроводжується зміною потужностей відповідних фотоіндукованих станів і визначених з них інтегративних показників стійкості структури фотовідклику.
  4.  Для виявлення складових структури спектру  та кінетики  фотоструму вперше запропоновано їх перетворення у вейвлет-сигнатури фазової площини, аналіз яких показав, що розвиток локальної нестійкості електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te супроводжується міжмасштабною перебудовою структури фотовідклику.
  5.  Вперше, шляхом застосування електричних імпульсів у формі вейвлета Хаара на певних частотах, визначено парціальні внески Pi і енергетичний спектр тих електрично активних дефектів структури, що обумовлюють електроіндуковані особливості спектрального  та просторового  фотовідкликів кристалів CdZnTe і ZnSe:Te.

Практичне значення одержаних результатів.

  1.  Удосконалено метод визначення рівня залишкових напружень , сформованих дефектами структури різного типу і масштабу, що ґрунтується на зв’язку розміру субструктури певних прошарків  та інформаційної ентропії Н, яка визначається з дерева вейвлет-перетворення оцифрованих знімків фігур травлених поверхонь кристалів ZnSe:Te.
  2.  Розроблено оригінальні вимірювальні модулі, алгоритми та програми апаратно-програмного комплексу, за допомогою яких збільшено роздільну здатність та чутливість аналізу структури електрофізичних характеристик.
  3.  Запропоновано спосіб дослідження характеру перебудови структури фотовідклику кристалів CdZnTe та ZnSe:Te, шляхом аналізу пакетів відповідних сигнатур фазової площини та визначення нових інтегративних показників стійкості структури фотовідклику.
  4.  Розроблено алгоритм перетворення фотоелектричного та фотодіелектричного  відкликів кристалів CdZnTe і ZnSe:Te у параметричні та  вейвлет-сигнатури фазової площини, що дало змогу розділити та оцінити внесок складових в їх структуру.
  5.  Запропоновано новий спосіб реєстрації спектру фотоструму  та спосіб управління його формою шляхом зміни частоти повторення та тривалості електричних збурень у формі вейвлета Хаара, реалізація яких розширяє функціональні можливості сенсорів і приладів оптоелектроніки, виготовлених на основі кристалів АІІВVI.
  6.  Визначено технологічні параметри  та діапазони зовнішніх збуджень Δf, ΔЕ, Δλ, ΔФ та ΔT , узгоджений вплив яких найбільше стимулює перебудову полів тих дефектів структури, які обумовлюють локальну нестійкість електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te.
  7.  Запропоновано оригінальний спосіб електроакустичної обробки кристалів АІІВVI, в основі якого лежить узгодження масштабів електричних імпульсів у формі вейвлета Хаара і полів певних дефектів структури, який сприяє стабілізації електрофізичних характеристик кристалів.

Особистий внесок здобувача. У дисертаційній роботі викладено результати, одержані як особисто автором, так і в співавторстві, при цьому вказано результати й дані, що були використані в роботі, але не належать здобувачу. Автором особисто одержано результати досліджень дефектної структури кристалів CdZnTe та ZnSe:Te методами хімічного травлення, оптичної та ІЧ-мікроскопії, а також тіньовим методом, результати досліджень розподілу пружних полів різномасштабних дефектів структури оптико-поляризаційним методом. Автором розроблено та виготовлено багатофункціональний апаратно-програмний комплекс і проведено експериментальні дослідження структури відкликів зразків при їх комбінованому фото-, електро- та термозбудженні. Також самостійно проведено обробку одержаних експериментальних даних за допомогою сучасних програмних пакетів і їх узагальнення, а також розроблено нові алгоритми і програми. З науковим керівником Мигалєм В.П. проведено аналіз і обговорення результатів та їх інтерпретацію, а також здійснено формування еталонних динамічних та вейвлет-сигнатур електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: міжнародній науково-технічній конференції «Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні» (м. Харків, 2005 р.); четвертій – шостій міжнародних науково-практичних конференціях «Материалы и покрытия в экстремальных условиях» (м. Велика Ялта, АР Крим, 2006, 2008, 2010 рр.); третій українській науково-технічній конференції по фізиці напівпровідників (м. Одеса, 2007 р.); International Conference «Crystal Materials’2007» (м. Харків, 2007 р.); третій міжнародній науково-технічній конференції «Сенсорна електроніка та мікросистемні технології» (м. Одеса, 2008 р.); третій міжнародній науково-практичній конференції «Материалы электронной техники и современные информационные технологии» (м. Кременчук, 2008); восьмій – одинадцятій міжнародних науково-практичних конференціях «Сучасні інформаційні та електронні технології» (м. Одеса, 2007 – 2010рр.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 22 наукові праці, у тому числі 6 статей у фахових журналах, 2 статті у збірниках наукових праць, 12 тез доповідей, одержано 2 патенти України.

Структура і обсяг дисертації. Робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, 3 додатків та переліку використаних джерел, що містить 125 бібліографічних найменувань. Зміст досліджень викладено на 143 сторінках, включаючи текстовий матеріал, 53 рисунки та 10 таблиць.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету роботи і сформульовано задачі досліджень, наведено основні наукові результати, коротко охарактеризовано їх новизну та практичну значимість.

У першому розділі «Проблеми стабільності параметрів і стійкості електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te, що виготовлені з великогабаритних буль» на основі аналізу літературних даних установлено, що незавершеність процесів переносу, самоорганізації та релаксації при вирощуванні промислових кристалів обумовлює різноманіття дефектів структури. Проведено аналіз їх впливу на формування індивідуальних особливостей процесів переносу, накопичення і рекомбінації нерівноважних носіїв заряду, що в більшості кристалів проявляються в екстремальних умовах експлуатації та виявляються лише при прецизійних та циклічних вимірюваннях в структурі їх електрофізичних характеристик. Встановлено, що неузгоджена перебудова просторово-неоднорідних пружних та електричних полів двовимірних дефектів структури сприяє формуванню локальної нестійкості електрофізичних характеристик та нестабільності параметрів, ефектів пам’яті різної природи і т.п. кристалів CdZnTe та ZnSe:Te. Обґрунтовано необхідність пошуку зовнішніх чинників і технологічних параметрів, вплив яких стимулює розвиток полів тих дефектів структури, що спричиняють локальну нестійкість електрофізичних характеристик та нестабільність параметрів кристалів.

У другому розділі «Методи і засоби експериментальних досліджень» наведено опис об’єктів, методів і засобів досліджень. Систематизовано дані про об’єкти дослідження дисертаційної роботи – кристали CdZnTe та ZnSe:Te, що виготовлено з великогабаритних буль (Ø > 50 мм). Зразки хімічно і механічно обробляли за відомими методиками. Приведено блок-схеми розроблених вимірювальних модулів апаратно-програмного комплексу, установок для проведення оптичних та прецизійних циклічних досліджень фотоелектричних та фотодіелектричних характеристик зразків, а також алгоритми використаних методик обробки та аналізу експериментальних даних.

Дефекти структури різного типу та масштабу виявляли за допомогою методів селективного травлення, оптичної та інфрачервоної мікроскопії, тіньовим методом. Візуалізацію пружних полів кристалів ZnSe:Te, створених двовимірними дефектами структури, проведено оптико-поляризаційним методом на основі аналізу смуг змінного подвійного променезаломленя, розподіл яких в напрямку [111] є випадковим. Шляхом цифрової обробки оптико-поляризаційних зображень та зображень травлених поверхонь в пакеті MatLab (Wavelet Toolbox) збільшено їх контрастність та візуалізовано розподіл дефектів структури на різних масштабних рівнях. При встановленні характеру впливу залишкових напружень в кристалах CdZnTe і ZnSe:Te на фотодіелектричний  та фотоелектричний  відклики зразків використано, як промислові прилади, так і оригінальні аналого-цифрові вимірювальні модулі. Шляхом комп’ютеризації та автоматизації вдалося поєднати прецизійність вимірювань електрофізичних характеристик з їх циклічністю. Обробку і аналіз експериментальних даних проведено за відомими і оригінальними алгоритмами і методами, що базуються на статистичному та вейвлет-аналізах, які реалізовано в пакетах програм MatLab та Origin. Для виявлення та аналізу змін реальної  і уявної  частин комплексної діелектричної проникності  та фотоструму , що обумовлені перебудовою полів дефектів структури, розроблено алгоритм перетворення їх у відповідні сигнатури фазової площини.

Достовірність та відтворюваність результатів запропонованих методик, пристроїв і програм визначали шляхом порівняльного аналізу сигнатур спектрів фотоструму  промислових сенсорів BPW21R, BPW24R (Vishay) та інших.

У третьому розділі «Двовимірні дефекти структури кристалів ZnSe:Te і CdZnTe та їх вплив на характер просторового фотовідклику» шляхом порівняльного аналізу результатів структурних і оптичних досліджень зразків з характером зміни їх електрофізичних параметрів  та  з координатою у проведено виявлення та дослідження електрично активних дефектів структури.

За допомогою оптичного комплексу ОВК-3 було одержано цифрові зображення геометричного рельєфу травлених поверхонь кристалів ZnSe:Te, який сформовано фігурами травлення різного типу та масштабу (рис.1, а). Цифрова обробка таких зображень в пакеті MatLab (Wavelet Toolbox) шляхом дискретного двовимірного вейвлет-перетворення (ДДВП) по базису вейвлета Хаара збільшила контрастність зображень та дозволила виділити фігури травлення різного масштабу і встановити, що:

а) домінуючу роль в формуванні багатомасштабного геометричного рельєфу травлених поверхонь (рис.1, а) відіграють двовимірні дефекти структури (двійники, полісинтетичні двійники, смуги ковзання, двійникові ламелі тощо), про що свідчить максимум саме горизонтальних складових матриці вейвлет-коефіцієнтів деталізації [Сdh];

б) певні смуги ковзання місять субструктуру, характерний розмір якої d обернено пропорційний рівню залишкових напружень σзал.

Рис.1. Збільшене зображення травленої поверхні кристала ZnSe:Te - а)

та його відновлене зображення з 2-ого- б) та 4-ого - в) рівнів ДДВП

Шляхом зворотного дискретного двовимірного вейвлет-перетворення з різномасштабних складових матриці вейвлет-коефіцієнтів проведено зміну рівня деталізації фігур травлення та виявлено розподіл угрупувань двовимірних дефектів структури (рис.1, б, в), що характеризувались близькими значеннями вейвлет-коефіцієнтів деталізації в діапазоні ΔСd, а отже і характерним розміром Δdi  3мкм. Це дало змогу провести декомпозицію фігур травлення по характерним розмірам складових Δdi  і виявити розподіл по поверхні кристалу дефектів структури наперед заданого масштабу (рис.1, б, в, області 1 та 2).

Оптико-поляризаційним методом встановлено, що області кристалу, яким характерні різномасштабні угрупування двовимірних дефектів структури, зумовлюють наведену оптичну різницю ходу  до  (в зразках завтовшки 2 – 9 мм при λ = 500 нм) та характеризуються чергуванням прошарків з плавною та різкою зміною залишкових напружень σзал(у). З одного боку це дало можливість визначити рівень залишкових напружень σзал, що сформовані двовимірними дефектами структури різного типу та масштабу, за рахунок встановлення його зв’язку з розміром субструктури σзал, який відображається інформаційною ентропією Н дерева вейвлет-перетворення оцифрованих знімків фігур травлених поверхонь кристалів ZnSe:Te. З іншого – це дозволило установити, що вплив просторово неоднорідного розподілу залишкових напружень на електрофізичні властивості кристалів визначається напрямком градієнтів потенціалу електричного поля  та діелектричної проникності  в кристалах. Це ж випливає із рівняння Пуассона для просторово неоднорідного напівпровідника в одновимірному наближенні:

, (1)

де  – реальна частина комплексної діелектричної проникності ; – потенціал електричного поля;  – об’ємна густина заряду.

На залежностях  (рис.2, а) та , що одержані при багаторазовому скануванні зразків монохроматичним світловим зондом різної ширини  від 50 до 200 мкм, виявлено зв'язок певних прошарків з плавною чи різкою зміною залишкових напружень σзал(у) (рис.2, б, області ІІ та ІІІ) з відтворюваністю залежностей  та . Саме в цих областях виявлена інверсія залежностей  при зміні напрямку поля Е на протилежний (рис.2, а, області ІІ та ІІІ), характер якої залежав від градієнту залишкових напружень , який породжує . Більш того, в прошарках з високими значеннями  при прикладенні до зразка напруги у формі меандру в напрямку [111] виявлено селективну перебудову величини фотоструму  з координатою у, характер якої залежав від частоти повторення та тривалості електричних імпульсів. Це свідчить про те, що індукована електричним збуренням перебудова полів в прошарках з плавною чи різкою зміною залишкових напружень σзал (у) супроводжується локальною нестійкістю просторових залежностей фотоструму , а також реальної  і уявної  частин комплексної діелектричної проникності  зразків.

Рис.2. Залежності фотоструму  зразка ZnSe:Те від координати  y положення монохроматичного світлового зонду шириною Δy = 50 мкм (а) при різних напрямках зовнішнього поля Е (прямому – суцільна лінія; зворотному – штрихова) та відповідне відхилення нейтральної лінії у компенсаторі Релея (б)

Характер перебудови полів досить наглядно проявився в розмитті та асиметрії форми фазових траєкторій сигнатур динамічних ВАХ  в протилежних квадрантах (рис.3, а-в). Показано, що для виявлення функціонально подібних областей кристалів більш ефективним є застосування пакетів сигнатур динамічних ВАХ . На основі аналізу Колмогорівської ентропії, яка відображає ступінь розходження фазових траєкторій сигнатур в пакеті (рис.3, б та в), визначено координати yкр і параметри Uкр, при яких починається зародження локальної нестійкості просторового фотовідклику та відбувається її розвиток. Установлено, що точка початку розбігання фазових траєкторій в пакеті, індукованих певною напругою Uкр, а також їх густина, індивідуальні для кожної ділянки зразка. Більш того виявилось, що конфігурація сигнатури динамічної ВАХ , яка одержана при інтегральному фотозбудженні зразка (Δу = 9 мм) (рис.3, г), не є адитивним відображенням пакетів локальних сигнатур динамічних ВАХ  (рис.3, а-в). Це вказує на домінуючий вплив перебудови полів певних двовимірних дефектів структури кристалів ZnSe:Te (рис.1) на формування локальної нестійкості залежностей  та .

У четвертому розділі «Циклічні дослідження спектрального та часового фотовідкликів кристалів CdZnTe» показано, що представлення спектральних ,  та часових  залежностей фотовідклику кристалів CdZnTe в виді параметричних сигнатур фазової площини дало змогу виявити та проаналізувати перебудову їх структури.

Оскільки площа S сигнатури  спектру фотоструму (ФС)  (рис.4, а) відображає потужність множини можливих фотоіндукованих енергетичних станів W, яка включає підмножини станів, що відображають парціальні внески складових структури фотовідклику, то декомпозиція сигнатури на дугоподібні ділянки різної довжини  та кривизни Сі  надала можливість:

а) визначити енергетичний спектр відповідних центрів фоточутливості (ЕV + 0.074еВ; 0,1еВ; 0,12еВ; 0,14еВ; 0,15еВ; 0,19еВ; 0,21еВ0,23еВ; 0,25, 0,27еВ; 0,28еВ);

б) визначити парціальні внески  складових структури спектрального фотовідклику  та оцінити  характер їх перерозподілу при зміні напрямку та напруженості зовнішнього поля Е;

в) кількісно оцінити зміну потужності множини фотоіндукованих енергетичних станів W кристала в результаті дії зовнішніх та внутрішніх чинників, шляхом здійснення операцій (перетину  і т.п.) над підмножинами станів Wі, що обмежені відповідними дугоподібними ділянками фазової площини 1-2, 1-2', 2-3, 2'-3 і т.п. (рис.4, а).

Показано, що поля різномасштабних сукупностей дефектів структури призводять до асиметрії конфігурацій параметричних сигнатур , ,  та , які відображають відповідні спектральні залежності фотоструму , дійсної  та уявної  частин комплексної діелектричної проникності кристалів CdZnTe у фазовій площині. Шляхом зіставлення конфігурацій параметричних сигнатур  (рис.4, а), одержаних при протилежних напрямках поля Е (прямому і зворотному), виявлено відмінність кількості і величини парціальних внесків Рi складових структури спектрального фотовідклику  (рис.4, а, ділянки 1-2 і 1-2' та 2-3 і 2'-3'), а також потужностей відповідних підмножин фотоіндукованих енергетичних станів Wі. Частково такий перерозподіл внесків Рi пов'язаний з перезарядкою відповідних центрів фоточутливості. Про це свідчить характер перебудови структури спектрального фотовідклику  в областях, які заповнено крапками (рис.4, а).

Рис.4.  Асиметрія конфігурацій сигнатур спектрального  (а)
та часового  (б-д) фотовідкликів кристалу Cd
0.84Zn0.16Te при       протилежних напрямках зовнішнього поля Е (прямому – суцільна лінія;         зворотному – штрихова лінія)

Показано, що така перезарядка супроводжується перебудовою конфігурацій динамічних сигнатур  кінетики ФС  сенсора (рис.4, б-д, області заповнено крапками), одержаних при фотозбудженні П-подібними монохроматичними імпульсами. Декомпозиція сигнатур  на дугоподібні ділянки фазової площини (рис.4, г, ділянки 0-1, 1-2 і т.д.) надала можливість здійснити операції перетину  та симетричної різниці  над підмножинами динамічних станів Wk, що обмежені відповідними дугоподібними ділянками фазової площини (рис.4, г, ділянки 0-1, 1-2 і т.д.). Визначено, що кількість п динамічних складових кінетики ФС  з різними часами релаксації та ступінь їх взаємозв’язку  залежить від енергії фотозбудження, величини та напрямку зовнішнього електричного поля Е (рис.4, б-д). Тому для оцінки стійкості структури спектрального  та часового  фотовідкликів запропоновано алгоритм визначення відповідних інтегративних показників Ben = Ssw/Slw (рис.4, а) і Bdin = S+/S- (рис.4, б-д). Вони, по суті, відображають збалансованість потужностей підмножин фотоіндукованих енергетичних та динамічних станів.

В пакеті параметричних сигнатур , одержаних при циклічному вимірюванні спектрів ФС , виявлено перебудову спектрів ФС  в локальних спектральних областях  для зразків з Ben ≠ 1. Установлено, що плавний, а деколи і стрибкоподібний характер локальних змін спектрів ФС  (рис.5, а, області а и b) супроводжується перебудовою не лише грубої, але і більш тонкої структури фотовідклику кристалів CdZnTe.

Показано, що для спектрального аналізу локальних збурень в спектрах ФС  більш ефективним є неперервне вейвлет-перетворення по базису вейвлета Хаара, оскільки саме він відповідає критерію мінімуму інформаційної ентропії Шенона , а, значить, є материнським вейвлетом. Завдяки достатній локалізації елементів базису вейвлету Хаара, а також рухомому частотно-часовому вікну вдалося провести спектральний аналіз локальних збурень сигналу фотовідклику (рис.5, а) при збереженні високої роздільної здатності, як по довжині хвилі λ (часу сканування), так і по масштабу N (частоті). Проте при аналізі і фізичній інтерпретації вейвлет-спектрограм (рис.5, а) в більшості випадків на перешкоді стає віртуальність представлення фотовідклику в інформаційному просторі вейвлет-коефіцієнтів. Для її подолання було вперше здійснено перетворення вейвлет-спектрограм (рис.5, а) у відповідні вейвлет-сигнатури Cd=f(Ca) фазової площини (рис.5, б) вейвлет-коефіцієнтів апроксимації Ca і деталізації Cd дискретного вейвлет-перетворення.

а) б)

Рис.5. Вейвлет-спектрограма спектру фотоструму  кристалу CdZnTe (а) та відповідні вейвлет-сигнатури Cd=f(Ca) на перших 4 рівнях розкладання m (б) при 1-ому (суцільна лінія) та 10-ому (штрих-пунктирна лінія) вимірюванні

При їх визначенні здійснювалось чисельне інтегрування та диференціювання спектрів ФС  зі змінним кроком , що лежить в основі вейвлета Хаара. На перших масштабних рівнях вейвлет-сигнатур Cd=f(Ca) (рис.5, b) локалізовані високочастотні складові фотовідклику, а низькочастотні – на останніх рівнях. Зауважимо, що вейвлет-сигнатури Cd=f(Ca) на 1-ому рівні подібні до параметричних сигнатур . Отже, у такий спосіб здійснено декомпозицію параметричних сигнатур  на різномасштабні складові Cd=f(Ca). Їх площа S і, відповідно, потужність підмножин фотоіндукованих енергетичних станів W росте зі збільшенням рівня вейвлет-розкладання m.

Установлено, що величина інтегративного показника Ben, який відображає збалансованість потужностей підмножин фотоіндукованих енергетичних станів Wі, також залежить від рівня вейвлет-розкладання у зразках з локальною нестійкістю електрофізичних характеристик. Характер перерозподілу парціальних внесків складових структури спектрального фотовідклику на різних масштабних рівнях (рис.5, області а і b) свідчить про взаємозв’язок різномасштабних складових спектрального фотовідклику кристалів CdZnTe, що характерно для 1/f-подібним шумовим сигналам. Це також підтверджено шляхом аналізу структури кінетики ФС  на різних масштабних рівнях за допомогою показника Bdin, що визначили з вейвлет-сигнатур кінетики ФС . Шляхом співставлення одержаних результатів з результатами досліджень спектру коефіцієнта нелінійних спотворень  показано, що міжмасштабна перебудова структури спектрального  та часового  фотовідклику, а отже і локальна нестійкість електрофізичних характеристик частково пов’язані з нелінійністю.

У п’ятому розділі «Спосіб формування стабільних електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te» на основі аналізу одержаних результатів і притаманних електроакустичній, термічній та термопольовій післякристалізаційним обробкам кристалів CdZnTe та ZnSe:Te недолікам розроблено спосіб стабілізації електрофізичних характеристик зразків. В його основу покладено цілеспрямовану стимуляцію перебудови полів тих двовимірних дефектів структури, що зумовлюють локальну нестійкість електрофізичних характеристик зразків.

Літературний пошук та патентні дослідження показали, що складний розподіл полів дефектів структури різного типу і масштабу та їх перебудова після електроакустичної, термічної та лазерної післякристалізаційних обробок призводить до покращення одних та погіршення інших електрофізичних параметрів та характеристик кристалів. Це пояснює невисоку ефективність традиційних обробок кристалів АIIВVI. Тому для цілеспрямованої стимуляції перебудови полів дефектів структури необхідне одночасне фото- та циклічне електрозбудження з відповідними частотно-часовими параметрами (форма, період повторення та тривалість електричних імпульсів). Показано, що для більшості кристалів CdZnTe та ZnSe:Te типові спектри ФС  при збудженні  напругою , подібні за формою до спектрів стаціонарного ФС . Оскільки локальна нестійкість електрофізичних характеристик пов’язана з міжмасштабною перебудовою структури фотовідклику, то для її стимуляції було застосоване електричне збурення Uw(t) двуполярними імпульсами у формі вейвлет Хаара, яке характеризуються широкою спектральною смугою частот. Показано, що послідовна зміна частоти повторення збурення Uw(t) з кроком 0.1 кГц в діапазоні 0.1 – 50 кГц, супроводжується перебудовою структури спектру фотовідклику (рис.6) лише на частотах , які відповідають певним максимумам вейвлет-коефіцієнтів неперервного вейвлет-перетворення кінетики ФС .

а) б)

Рис. 6. Спектри фотовідклику  кристалу CdZnTe (а) та їх параметричні сигнатури  (б) одержані при збудженні двуполярними електричними імпульсами на частотах 600 Гц (штрих пунктирна лінія), 2.7 кГц (штрихова лінія) і 11.4 кГц (суцільна лінія) при , 

На більшості частот  виявлено надлінійний характер зміни складових спектру коефіцієнту нелінійних спотворень  при лінійному збільшенні напруженості поля E. Це супроводжувалося появою нових смуг фоточутливості (рис.6, а) та перебудовою інших, що видно з конфігурацій параметричних сигнатур  (рис.6, б). Характерно, що відхилення від частоти повторення  на 100Гц супроводжувалось трансформацією параметричної сигнатури  кристалів CdZnTe до стаціонарного вигляду. Більш того, на частотах  варіювання тривалості імпульсів призводило до додаткової перебудови структури спектрів фотовідклику , що вказує на селективність впливу частоти повторення  і форми електричних імпульсів на спектр фотовідклику кристала. Отже узгодження параметрів фотозбудження та циклічного електричного збурення у формі вейвлета Хаара при E < Eкр призводить до індукування фотоелектронних процесів в кристалах на певних масштабних рівнях, що зменшує невизначеність енергетичного спектру центрів фоточутливості. По суті вимірювання спектрів фотоструму  на певних частотах повторення електричних імпульсів  у формі вейвлета Хаара дозволило установити зв'язок між динамічною поведінкою кристалу як системи в частотно-часовій області з представленням фотовідклику в інформаційному просторі вейвлет-коефіцієнтів, що є перенесенням основної ідеї вейвлет-аналізу в область фізичних досліджень. На цій основі запропоновано новий спосіб реєстрації спектрів фотоструму  за допомогою електричного збурення у формі вейвлета Хаара певної частоти. З іншого боку зміна форми, частоти повторення та тривалості електричних збурень дозволили керувати формою спектру . Для більшості кристалів циклічне електрозбудження при E > Eкр при одночасному монохроматичному фотозбудженні призводить до необоротних змін як оптико-поляризаційних зображень в локальних областях зразків, так і конфігурацій параметричних  та динамічних  сигнатур. Це супроводжується стабілізацією структури фотовідкликів, про що свідчить також зменшення ступеню розбалансування енергетичних Ben → 1 і динамічних Bdin → 1 фотоіндукованих станів. За допомогою інтегративних показників визначено технологічні параметри, що реалізують селективність та взаємоузгодженість післякристалізаційної обробки, а саме:

а) параметри фотозбуждення та електрозбудження у формі вейвлета Хаара, що визначаються по запропонованим алгоритмам з максимумів відповідних діапазонів ΔЕ, Δλ, ΔФ та ΔT  локальних нестійкостей;

б) частота повторення електричних імпульсів (при E > Eкр), що забезпечує селективність перебудови полів певних  дефектів структури кристалів;

в) час на релаксацію індукованих на різних масштабних рівнях фотоелектричних процесів між циклами обробки, що надає можливість досягнути селективної перебудови внутрішніх полів наперед визначених дефектів структури.

В результаті досягнуто завершення перебудови полів, яка супроводжується стабілізацією електрофізичних характеристик. Для більшості зразків це призвело до зменшення рівня шуму, діелектричних втрат  та стабілізації структури спектрального  (Ben ≈ 1) та часового  (Bdin ≈ 1) фотовідкликів (табл.1).

Таблиця 1

Результати обробки кристалів CdZnTe і ZnSe:Te

Параметр

До обробки

Після обробки

Густина шуму (на 1кГц)

> 15

< 80 

3 – 15

Зменшення на 20–30%.

Ben, Bdin

1,35 – 0,65

1 ± 0.15

На цій основі розроблено спосіб післякристалізаційної обробки, в якому для стабілізації електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te здійснено цілеспрямовану стимуляцію перебудови полів тих дефектів структури, яка в екстремальних умовах супроводжується локальною нестійкістю електрофізичних характеристик та нестабільністю параметрів.

У додатку А наведено методику обробки зображень травлених поверхонь кристалів ZnSe:Te та алгоритми виділення угрупувань двовимірних дефектів структури різного масштабу в пакеті програм Matlab. У додатку Б наведено алгоритм декомпозиції сигнатур кристалів CdZnTe і ZnSe:Te на різномасштабні складові в пакеті програм Matlab. У додатку В подано акт впровадження розробленого способу обробки п’єзоелектричних кристалічних матеріалів на державному підприємстві «Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування» (м. Харків).

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено поставлену задачу цілеспрямованої стабілізації електрофізичних параметрів і покращення стійкості характеристик кристалів CdZnTe та ZnSe:Te. Встановлено, що за рахунок застосування фотозбудження та узгодженого з ним в часі електрозбудження у формі вейвлета Хаара досягається стимуляція локальної перебудови полів певних дефектів структури, яка супроводжується стабілізацією структури спектрального и часового фотовідкликів кристалів CdZnTe і ZnSe:Te.

Найбільш важливими науковими і практичними результатами, одержаними в процесі виконання досліджень за темою дисертації, є такі:

1) Показано, що великогабаритні булі кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, які вирощено в сильно нерівноважних умовах, містять дефекти структури різного типу та масштабу, пружні та електричні поля яких визначають особливості структури фотовідклику, а їх перебудова при дії внутрішніх та зовнішніх чинників супроводжується локальною нестійкістю електрофізичних характеристик та нестабільністю параметрів сенсорів.

2) Установлено зв'язок між масштабом субструктури певних смуг ковзання, які виявляються шляхом двовимірного дискретного вейвлет-перетворення зображень травлених поверхонь кристалів ZnSe:Te, та рівнем залишкових напружень.

3)  На основі подальшого розвитку сигнатурного та вейвлет аналізів показано, що для аналізу впливу перебудови полів певних дефектів структури на структуру фотовідклику кристалів CdZnTe та ZnSe:Te важливими є аналіз технологічно успадкованої як грубої «динамічної», так і тонкої «інформаційної» структури фотовідклику.

4) Запропоновано алгоритм перетворення спектрів  та кінетики  фотоструму у відповідні сигнатури фазового простору  та , конфігурації яких змінюються при збільшенні напруженості та зміні напрямку зовнішнього поля Е на протилежний, що дозволило виявити та проаналізувати характер зміни структури фотовідклику внаслідок перебудови полів певних дефектів структури.

5) За рахунок застосування оригінального алгоритму здійснено зворотний перехід з інформаційного простору вейвлет-коефіцієнтів апроксимації Ca і деталізації Cd в динамічний простір фотоіндукованих станів W. При цьому вейвлет-спектрограми характеристик перетворюються у вейвлет-сигнатури фазової площини, що дозволило збільшити роздільну здатність аналізу структури спектрального  та часового  фотовідкликів та показати, що локальна нестійкість фотовідклику кристалів супроводжується міжмасштабною перебудовою його структури та частково пов’язана з нелінійністю.

6) Запропоновано нові засоби виявлення та дослідження характеру перебудови структури фотовідклику кристалів CdZnTe та ZnSe:Te, а також нові інтегративні показники  стійкості структури фотовідклику. На їх основі вдосконалено алгоритми визначення діапазонів зовнішнього збудження Δf, ΔЕ, Δλ, ΔФ, узгоджений вплив яких в певних діапазонах температур ΔT найбільше стимулює перебудову полів тих дефектів структури, які обумовлюють локальну нестійкість електрофізичних характеристик кристалів.

7) Показано, що електричне збурення у формі вейлета Хаара на певних частотах при напруженості поля Е < Екр виявляє індуковані особливості структури спектрального  та просторового  фотовідкликів,  які зменшують невизначеність енергетичного спектру центрів фоточутливості. На цій основі запропоновано новий спосіб реєстрації спектрального фотовідклику  на електричні збурення у формі вейвлета Хаара та спосіб управління формою спектру фотоструму  шляхом зміни форми, частоти повторення та тривалості електричних збурень, що надають нові можливості для розробки багатофункціональних приладів оптоелектроніки.

8) Розроблено новий спосіб електроакустичної обробки кристалів CdZnTe і ZnSe:Te в якому, шляхом узгодження масштабу електричних збурень у формі вейвлета Хаара з конфігурацією електричних полів певних дефектів структури при монохроматичній підсвідці досягається їх цілеспрямована перебудова, що сприяє згасанню наперед визначених локальних нестійкостей електрофізичних характеристик. Показано, що його застосування для більшості кристалів супроводжується стабілізацією параметрів, а також зменшенням діелектричних втрат  і рівня темнового шуму.

перелік ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Бут А.В. Локальная неустойчивость диэлектрического отклика кристаллов CdZnTe / А.В. Бут, В.П. Мигаль, А.С. Фомин // Харьков: Открытые информационные и компьютерные технологии. – 2007. – №36. – С159-163.
  2.  Phomin A.S. The research of photoresponce spectral instability of the CdZnTe crystals / A.SPhomin, V.PMygal, A.VBut // Photoelectronics. – 2008. – С.32-35.
  3.  But A.V. Evolution of the time and spatial photoresponse instabilities of the sensors based on CdZnTe crystals / A.V. But, V.P. Mygal, A.S. Phomin // Functional Materials. – 2009. – Vol.16, №.1. – P.5-10.
  4.  Бут А.В. Спектры фототока твердых растворов CdZnТe в параметрическом виде и их дискретное вейвлет-разложение / А.В. Бут, В.П. Мигаль, А.С. Фомин // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Т.43, №5.– C.608-612.
  5.  Бут А.В. Электроиндуцированные локальные особенности спектров фототока кристаллов CdZnTe / А.В. Бут, В.П. Мигаль, А.С. Фомин // Письма в ЖТФ. – 2009. – Т.35, №17. – С.72-80.
  6.  Бут А.В. Фотоэлектрические сигнатуры кристаллов CdZnTe / А.В. Бут, В.П. Мигаль, А.С. Фомин // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Т.43, №9. – С.1257-1260.
  7.  Бут А.В. Вплив сукупностей двовимірних дефектів структури на структуру фотовідклику кристалів ZnSe та ZnSe:X (X=Te, Cu, Mg) / А.В. Бут // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – Харків: НАУ, 2010. – №4(45).– С.143–148.
  8.  Бут А.В. Асимметрия фотоотклика кристаллов CdZnТe / А.В. Бут, В.П. Мигаль, А.С. Фомин // Физика и техника полупроводников. – 2011. – Т.45, №2. – C.157-161.
  9.  Мигаль В.П. Спосіб електроакустичної обробки п’єзоелектричних кристалічних матеріалів / В.П. Мигаль, О.С. Фомін, А.В. Бут // Пат. 88531 Україна, MПК(2009) H01L 21/00; Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» – Заявл. 24.12.2007. Опубл. 26.10.2009, Бюл. №20. – 3с.
  10.  Мигаль В.П. Спосіб електроакустичної обробки п’єзоелектричних кристалічних матеріалів / В.П. Мигаль, І.А. Клименко, О.С. Фомін, А.В. Бут // Рішення про видачу патенту на винахід №1762/3А/11 від 20.01.2011 MПК(2011) H01L 21/263 (Україна); Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАІ» – Заяв. № а 2009 09201.
  11.  Бут А.В. Разработка низкочастотного измерительного преобразователя импеданса / А.В. Бут // Тез. докладов междунар. НТК «Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні, ІКТМ’2005» – Харків: “ХАІ” – 2005. – С.293.
  12.  Фомин А.С. Локальная неустойчивость сенсорных характеристик кристаллов CdZnTe, эксплуатируемых в экстремальных условиях / А.С.Фомин, В.П. Мигаль,  А.В. Бут  // МЕЕ-2006: Труды 4-ой междунар. конференции (18-22 сентября 2006 г.). – Жуковка, Большая Ялта, АР Крым, 2006. – С. 215.
  13.  Фомин А.С. Динамическая неустойчивость фотоотклика кристаллов CdZnTe / А.С.Фомин, В.П. Мигаль,  А.В. Бут  // Современные информационные и электронные технологии: Труды 8-ой междунар. НПК (21-25 мая 2007 г.) – Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2007. – С.377.
  14.  Клименко І.А. Синергетичний підхід до діагностики сенсорних матеріалів / І.А. Клименко, М.Є. Лещенко, В.П. Мигаль, А.В. Бут // Современные информационные и электронные технологии: Труды 8-ой междунар. НПК Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2007. – С. 378.
  15.  Фомин А.С. Исследование спектральной неустойчивости фотоотклика кристаллов CdZnTe / А.С.Фомин, В.П. Мигаль,  А.В. Бут // Труди третьей украинской научной конференции по физике полупроводников (17-22 июня 2007) Одесса: Одесский национальный университет им. Мечникова. 2007. С. 176.
  16.  Mygal V.P. New approach to diagnostic of sensor materials / V.P. Mygal, I.A. Klimenko, N.E. Leshenko, A.S. Phomin, A.V. But // International Conference «Crystal Materials2007» Kharkov, Ukraine, 2007. P.75.
  17.  Мигаль В.П. Сигнатуры сенсоров на основе кристаллов AIIBVI / В.П. Мигаль, А.С. Фомин, А.В. Бут // Современные информационные и электронные технологии: Труды 9-ой междунар. научно-практ. конф. (19-23 мая 2008 г.). – Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2008. – С. 139.
  18.  Фомин А.С. Цифровой сигнатурный анализ сенсоров на основе кристаллов AIIBVI / А.С.Фомин, В.П. Мигаль, А.В. Бут // Сенсорная электроника и микросистемные технологии: Труды междунар. НТК (2-6 июня 2008 г.). – Одесса: Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова, 2008. – С. 167.
  19.  Бут А.В. Информационное сопровождение материалов, которые используются в экстремальных условиях / А.В. Бут, В.П. Мигаль, И.А. Клименко, А.С. Фомин // МЕЕ-2008: Труды пятой международной конференции (22-26 сентября 2008 г.). – Жуковка, Большая Ялта, АР Крым, 2008. – С.180.
  20.  Мигаль В.П. Проблемы исследования и обработки кристаллов AIIBVI / В.П. Мигаль, А.С. Фомин, А.В. Бут // Материалы электронной техники и современные информационные технологии: Тезисы доклада третьей междунар.  научно-практ. конф. (21-23 мая 2008 г.). – Кременчук, 2008. – С.73.
  21.  Мигаль В.П. Интегральные и локальные фотоэлектрические сигнатуры сенсоров на основе кристаллов CdZnTe / В.П. Мигаль, А.С. Фомин, А.В. Бут // Современные информационные и электронные технологии: Труды десятой междунар. научно-практ. конф. (18-22 мая 2009 г.). – Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2009 – С. 145.
  22.  Мигаль В.П. Асимметрия динамических сигнатур ВАХ сенсоров и биосенсоров / В.П. Мигаль, А.С. Фомин, Г.В. Мигаль, А.В. Бут // Современные информационные и электронные технологии: Труды одиннадцатой междунар. научно-практ. конф. (24-28 мая 2010 г.). Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2010, Т.2 – С. 116.

Бут А.В. Цілеспрямована стимуляція перебудови полів дефектів структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків, 2011.

Дисертаційна робота присвячена комплексному дослідженню розвитку локальних нестійкостей електрофізичних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, які виникають при певному поєднанні дій зовнішніх чинників чи в екстремальних умовах. Наведено результати досліджень структурних, оптичних, фотоелектричних та фотодіелектричних характеристик кристалів CdZnTe і ZnSe:Te, для обробки яких розроблено нові засоби (алгоритми, програми, пристрої), що ґрунтуються на сигнатурному та вейвлет аналізах. Запропоновано нові інтегративні показники стійкості, що відображають стабільність структури електрофізичних характеристик кристалів і надають можливість системно аналізувати її перебудову під впливом зовнішніх чинників.

Показано, що при узгодженні частоти електричних збурень у формі вейвлета Хаара при Е < Екр з масштабом полів дефектів структури проявляються електроіндуковані особливості структури спектрального  та просторового  фотовідкликів кристалів, які зменшують невизначеність енергетичного спектру центрів фоточутливості. Установлено, що при Е > Екр відбуваються необоротні зміни електроіндукованих особливостей фотовідклику, які обумовлені локальною перебудовою полів певних дефектів структури.

Для стабілізації електрофізичних характеристик запропоновано спосіб селективної перебудови полів певних дефектів структури кристалів CdZnTe і ZnSe:Te.

Ключові слова: CdZnTe, ZnSe:Te, дефекти структури, фотовідклик, локальна нестійкість, вейвлет, обробка.

Бут А.В. Целенаправленная стимуляция перестройки полей дефектов структуры кристаллов CdZnTe і ZnSe:Te. – Рукопись

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 01.04.07 – физика твердого тела. Институт электрофизики и радиационных технологий НАН Украины, Харьков, 2011.

Диссертационная работа посвящена выявлению и комплексному исследованию влияния разномасштабных полей дефектов структуры кристаллов CdZnTe та ZnSe:Te на развитие локальной неустойчивости их электрофизических характеристик, возникающих в экстремальных условиях или при определенном сочетании внешних воздействий.

Посредством двумерного дискретного вейвлет-преобразования по базису вейвлета Хаара изображений травленых поверхностей кристаллов ZnSe:Te выявлены и исследованы дефекты структуры разного типа и масштаба. При анализе распределения остаточных напряжений показано доминирующее влияние полей разномасштабных совокупностей двумерных дефектов структуры кристаллов CdZnTe и ZnSe:Te на структуру их фотоотклика. Установлено, что при определенном сочетании внешних факторов (длины волны λ, интенсивности Ф и времени t импульсного фотовозбуждения, напряженности E и частоты f внешнего поля), происходит перестройка полей дефектов некоторых двумерных дефектов структуры, которая обуславливает индивидуальные особенности структуры фотоэлектрических и фотодиэлектрических откликов. Показано, что преобразование спектров  и кинетики  фототока кристаллов в соответствующие сигнатуры фазовой плоскости позволяет определить парциальные вклады составляющих структуры фотоотклика,  а также количественно оценивать их необратимые изменения при внешнем воздействии. Предложены новые интегративные показатели устойчивости структуры спектрального  и временного Bdin фотооткликов. С их помощью показано, что перестройка полей, создаваемых частью электрически активных дефектов структуры, сопровождается изменением их энергетического спектра. Это отображается также в межмасштабной перестройке структуры их спектрального  и временного  фотооткликов, выявленной с помощью дискретного вейвлет-анализа. Усовершенствованы алгоритмы определения технологических параметров  и диапазонов внешних воздействий Δf, ΔЕ, Δλ, ΔФ и ΔT, при которых влияние полей определенных дефектов структуры на устойчивость фотоотклика сенсора минимальное (важно при эксплуатации сенсора) или максимальное (важно при обработке кристаллов). Установлено, что электрическое воздействие в форме вейвлета Хаара при напряженности поля Е < Екр позволяет уменьшить неопределенность энергетического спектра центров фоточувствительности и выявить индуцированные особенности спектрального  и пространственного  фотооткликов. На этой основе предложен способ управления формой спектра фототока  посредством изменения частоты электрического воздействия, форма которого подобна вейвлету Хаара. Его реализация расширяет функциональные возможности устройств оптоэлектроники. Показано, что одновременное фотовозбуждение и циклическое электровозбуждение кристалла с параметрами: Е > Екр, fmax и λmax сопровождается необратимыми изменениями спектрального  и временного  фотооткликов с постепенной стабилизацией его структуры. На этой основе разработан и запатентован способ электроакустической послекристаллизационной обработки кристаллов АIIBVI. Стабилизация электрофизических характеристик осуществлена посредством целенаправленной стимуляцией перестройки полей дефектов структуры кристаллов путем согласования формы и масштаба электрического возмущения с доминирующим профилем электрических полей тех дефектов структуры, перестройка которых под влияние внешних факторов порождает нестабильность параметров и зачастую сопровождается локальной неустойчивостью их электрофизических характеристик. Показано, что такая обработка сопровождается стабилизацией электрофизических параметров, а также снижением диэлектрических потерь  и уровня темнового шума.

Ключевые слова: CdZnTe, ZnSe:Te, дефекты структуры, фотоотклик, нестабильность, вейвлет, обработка.

But A.V. Purposeful stimulation of alteration of the structural defects fields of the CdZnTe and ZnSe:Te сrystals. - Manuscript

The thesis for a candidate’s degree of technical sciences in speciality 01.04.07 – solid state physics. – Institute of electrophysics and radiation technologies, NAS of Ukraine, Kharkiv, 2011.

This thesis is devoted to complex research of local instabilities evolution of the CdZnTe and ZnSe:Te crystals electro-physical characteristics which arise up at definite combination of external factors actions or in extreme terms. The results of researches of structural, optical, photo-electric and photodielectric characteristics of the CdZnTe and ZnSe:Te crystals are pointed for treatment of which the new tools (algorithms, programs, devices) are developed that basis on signature and wavelet analyses. New integrative indexes of stability are offered, that represent resistance of structure of electro-physical characteristics of crystals and provides possibility to system analyse of its alteration under act of external factors.

It is shown, that at the matched of the electric indignations frequency in the form of Haar wavelet at E < Ecr with the scale of the structural defects fields the electro-induced features of structure of the spectral and spatial crystals photoresponses are show up which diminish the uncertainty of power spectrum of the photosensitive  centers. It is set, that at E > Ecr there are the irreversible changes of the electro-induced features of the photoresponce which are conditioned by local alteration of the certain structural defects fields.

For stabilization of electro-physical characteristics the method of selective alteration of the certain structural defects fields of the CdZnTe and ZnSe:Te crystals is offered.

Keywords: CdZnTe, ZnSe:Te, structural defects, photoresponse, local instability, wavelet, treatment.

PAGE  21


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20670. Критическая философия Иммануила Канта. Философская система Г.В.Ф. Гегеля 58 KB
  Основы метафизики которая понимается Кантом как наука о принципах чистого разума. Само чувственное познание интуитивно поскольку непосредственно общается с объектом без посредничества разума рассудка. после двенадцати лет философских исследований работы Критика чистого разума. Наиболее значимыми произведениями этого этапа становятся также Критика практического разума и Критика способности суждения.
20671. Философская антропология Л. Фейербаха 40.5 KB
  Согласно его рассуждениям следует отвергнуть гегелевский абсолютный идеализм так как он упразднил конкретного действительного человека. В основу критики идеалистического понимания проблемы отношения Бога и человека Фейербах ставит тезис о том что теология – это антропология. Поэтому неприемлем так же и теизм по той причине что не Бог творит человека а человек создает идею Бога. Её истинность кроется в том что она является только формой запечатления отношения человека к собственной сущности.
20672. Философский пессимизм Артура Шопенгауэра 46 KB
  Основные работы: Мир как воля и представление 1818 г. Прежде всего Шопенгауэр считал неприемлемой и губительной для философии гегелевскую систему миропонимания и в работе Мир как воля и представление в основу своих размышлений он поставил положения учения Иммануила Канта. В произведении Мир как воля и представление Шопенгауэр отталкивается от кантовских рассуждений о вещах в себе и мире феноменов поэтому краеугольной идеей данного произведения становится утверждение – мир есть мое представление. Говоря о мире как воле...
20673. Экзистенциональная философия С. Кьеркегора 47 KB
  Кьеркегора. Сёрен Кьеркегор 18131855 датский философ его творчество относят к первым этапам зарождения западного экзистенциализма. он закончил теологический факультет Копенгагенского университета Кьеркегор в первую очередь стремится в своей философии исследовать вопросы о Боге религии вере отношении личности и Бога единичного бытия человека к Всевышнему. В 40х годах 19го столетия Кьеркегор прослушал лекции Шеллинга от которого перенял неприязнь к философской системе Гегеля.
20674. Философские идеи Карла Маркса и Фридриха Энгельса 63 KB
  Карл Маркс 1818 –1883 и Фридрих Энгельс 1820–1895 немецкие философы родоначальники диалектического и исторического материализма. Например Марксу принадлежат: Критика гегелевской философии права 1843. Капитал 1867 1885 1894 Энгельс редактировал второй и третий тома Капитала после смерти Маркса.
20675. Философия Фридриха Ницше 41.5 KB
  Фридрих Ницше 18441900г. Принято творчество Ницше подразделять на ряд этапов. На втором этапе Ницше старался разрабатывать уже собственные оригинальные идеи.
20676. Философские аспекты психоанализа Зигмунда Фрейда 51.5 KB
  Зигмунд Фрейд 18561939 учёный врач психиатр проживавший в Австрии. Фрейд признан отцомоснователем психоанализа течения в медицине признающего узость физиологического неврологического и просто инструментального подхода гипноз электрошок и пр. Неправомерно отождествлять фрейдизм и психоанализ как таковой который в современной науке представляет сложную дисциплину далеко выходящую за границы учения Фрейда и его последователей.
20677. Классический позитивизм и эмпириокритицизм в истории философии 100.5 KB
  Таким образом по мнению позитивистов право на истинность получает знание сообщаемое исключительно наукой а единственными методами познания выступают естественнонаучный инструментарий. Историю обществоведение по его мнению следует обогатить точными методами и экспериментами. По мере смены этих форм господства по мнению СенСимона происходит смена форм мировоззрения: для феодализма характерно религиозное для индустриализма – научное воззрение на мир. По его мнению научная социология или социальная физика должна стать единственным...
20678. Структурализм в философии 35.5 KB
  Так же известными представителями данного течения были ЛевиСтросс Альтюссер Фуко и Лакан выступившие против экзистенциализма идеалистического субъективизма персонализма историцизма и плоского эмпиризма. Клод ЛевиСтросс 1908 – французский философ социолог этнолог считается основателем структурной школы в этнологии и современного философского структурализма. Структуралистская концепция ЛевиСтросса отразила широкий диапазон накопленных знаний в естественных и гуманитарных науках. Так например ЛевиСтросс особое значение придал...