Розвиток сучасних технологій, вдосконалення наявних енергетичних установок та проектування термоядерних апаратів вимагають, щоб конструкційні матеріали повністю використовували свій ресурс при різних зовнішніх впливах, у тому числі і при опроміненні швидкими частинками. Частинки випромінювань ядерних та термоядерних реакторів взаємодіють з конструктивними елементами установок, змінюючи структуру та властивості використовуваних матеріалів. До експлуатації напівпровідникових сенсорів та приладів у таких галузях, де присутні радіаційні поля, висуваються вимоги щодо точності та стабільності параметрів цих сенсорів в умовах значних радіаційних навантажень. В напівпровідниках під дією опромінення концентрація дефектів збільшується, що призводить до зміни їх електричних та оптичних властивостей. [1] Такий напівпровідниковий матеріал, як германій, сьогодні широко використовується як сировинний матеріал для потреб мікро - та наноелектроніки. [2] Дослідження радіаційної стійкості германію важливе з точки зору довготривалої роботи на його основі дозиметричних приборів, датчиків та електронних приладів на атомних реакторах, прискорювачах ядерних частинок, в космосі. [3]
Тому нами в роботі досліджувались температурні залежності питомого опору для монокристалів n-Ge, опромінених різними дозами електронів, з енергією 10 МеВ. Числові значення питомого опору досліджуваних зразків, наведені у таблиці 1 Для всіх одержаних залежностей характерним є наявність максимуму, величина якого з підвищенням температури зменшується. Також даний максимум зміщується в сторону менших доз опромінення при збільшенні температури. Такі особливості можна пояснити тим, що при електронному опромінені в монокристалах n-Ge будуть утворюватись радіаційних дефектів, яким відповідають, як показують виміри ефекту Холла, глибокі енергетичні рівні EC-0,27 еВ та EV+0,27 еВ. [4] Поряд з цим дані дефекти можуть виконувати роль активних центрів розсіяння носіїв струму. При збільшені температури локалізовані електрони на таких центрах за рахунок термічної іонізації можуть перейти із зв’язаного стану в стан електрона провідності, що пояснює зменшення питомого опору та величини максимуму залежності питомого опору від дози опромінення при збільшенні температури. Також при збільшенні температури зростатиме роль механізму фононного розсіяння. Тому при зростанні температури електрони провідності будуть виникати при термічній іонізації дефектів з рівнем EV+0,27 еВ. Розглянуті вище причини можуть пояснювати зменшення величини та зміщення максимуму залежності питомого опору від дози опромінення в сторону менших доз електронного опромінення при збільшенні температури.
Одержані результати дозволили дослідити вплив електронного опромінення на радіаційну стійкість монокристалів n-Ge, що необхідно враховувати при конструюванні різних дозиметричних приборів, сенсорів та електронних приладів на основі германію, які працюватимуть в полях підвищеної радіації.
Таблиця 1. Значення питомого опору опромінених зразків монокристалів n-Ge при різних температурах
|
Доза опромінення Ф, см-2 |
Питомий опір ρ, Ом·м |
||||
|
Т=190 К |
Т=210 К |
Т=230 К |
Т=250 К |
Т=270 К |
|
|
5·1015 |
9,96 |
1,87 |
0,54 |
0,27 |
0,19 |
|
1016 |
31,15 |
8,16 |
2,76 |
1,18 |
0,56 |
|
2·1016 |
78,91 |
11,60 |
2,52 |
0,76 |
0,33 |
|
5·1016 |
14,00 |
2,44 |
0,61 |
0,22 |
0,12 |
Список літератури:
- Углов В. В. Радиационные эффекты в твердых телах.- Минск: БГУ, 2007. – С. 167.
- S. Tong, J. Liu, L.J. Wan, K.L. Wang, Appl. Phys. Lett., 2002 –Vol. 80, 1189 p.
- Шварц Ю. М.. Физические основы полупроводниковых приборов экстремальной электроники : Дис... д-ра физ.-мат. наук: 01.04.10 / Институт физики полупроводников им. В.Е.Лашкарева НАН Украины. — К., 2004. — 342л.
- S. V. Luniov, A. I. Zimych, P. F. Nazarchuk, V. T. Maslyuk, I. G. Megela. The impact of radiation defects on the mechanisms of electron scattering in single crystals n-Ge // JOURNAL OF PHYSICAL STUDIES, v. 19, №.4 (2015) ,4704(7 p.).
