Сведения о дефектах в кристаллах, применяемых в квантовой электронике, особенно в оксидных кристаллах, необходимы всем специалистам, работающим в области твердотельной квантовой электроники, физики кристаллов и в других связанных с ними
областях.
Вскоре после создания лазера на твердом теле возникла необходимость в синтезе монокристаллов больших размеров, высокого оптического качества и структурного совершенства. Это, в свою очередь, стимулировало изучение дефектов в монокристаллах, причин их возникновения и методов устранения на качественно новой основе. До появления твердотельной электроники исследования дефектов проводились либо на модельных кристаллах типа щелочно.-галоидных кристаллов (ЩГК), либо на поликристаллических образцах и носили в основном описательный характер [1].
Лазерная техника предъявляет очень серьезные требования к структурному совершенству кристаллов, так как именно они определяют эффективность работы и срок службы активного элемента [2, 3]. Интерес к оксидным материалам повысился после открытия эффекта высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). За это время число публикаций по проблемам ВТСП материалов превысило 3000, причем темпы исследований значительно возросли. В настоящее время на базе ВТСП материалов созданы новые типы квантовых электронных приборов с лучшими параметрами. Можно считать доказанным сильное влияние дефектов на свойства ВТСП материалов. Именно поэтому изучению дефектов, особенно точечных, посвящено очень много
работ.
Классификация дефектов в кристаллах была разработана задолго до создания лазеров [1]. Лазерные и ВТСП кристаллы не представляют собой какого-то нового класса, а характеризуют скорее новую область их применения. Поэтому данную классификацию можно распространить и на интересующие нас материалы.
Дефекты в кристаллах можно разделить на два класса: мик-родефекты и макродефекты. Микроскопическими называются
дефекты, размеры которых сравнимы с размерами элементарной ячейки. Микроскопические дефекты принято классифицировать, сравнивая их геометрическую размерность. Так, можно выделить нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двух- и трехмерные микродефекты. Размеры макроскопических дефектов сравнимы с размерами кристалла. Классификации этих дефектов не существует. Доказано, что дефектность тесно связана с конкретными условиями синтеза и обработки кристалла, следовательно, она может быть снижена совершенствованием указанных технологических процессов. Вместе с тем появление дефектов может быть предопределено выбором активного материала '.[4, 5]. Традиционным примером является гетеровалентное замещение иона кристаллической решетки активатором или использование в качестве кристаллообразующего иона с переменной валентностью.
Механизм влияния каждого вида дефектов на свойства материалов не всегда можно окончательно выяснить. Такое положение объясняется прежде всего тем, что дефекты оказывают комплексное воздействие, в котором не всегда выделяется вклад каждого отдельного их вида. Получение тугоплавких окисных кристаллов, содержащих только один вид каких-либо дефектов, пока не представляется реальным. Подобные эксперименты проводились на модельных средах, таких, как ЩГК, СаР2 и др. Однако, как показывает практика, распространение этих результатов на тугоплавкие оксидные соединения не всегда правомочно. Поэтому в публикациях о влиянии дефектов па свойства активного элемента лазера еще нет теоретических обобщений. Исследователи пока далеки ог понимания количественной, а часто и качественной взаимосвязи свойств активного элемента с дефектностью структуры в окисных кристаллах.
В подавляющем большинстве случаев дефекты в лазерных кристаллах отрицательно сказываются на их рабочих характеристиках [3]. Однако это утверждение справедливо только при наличии некоторых исключений. Так, подавляющее большинство лазерных кристаллов представляет собой матрицы соединений с введенными в них ионами активатора. Последние являются классическими точечными дефектами, определенные концентрации которых задаются заранее. В таких случаях неразумно выдвигать требование о сведении к нулю концентрации этих дефектов, хотя возможно рассмотреть условия, при которых влияние дефектов на степень структурного совершенства будет минимальным [4, 5]. Центры окраски обычно отрицательно влияют на параметры элементов квантовых приборов. Например, в кристалле CaWO4(Nd)3+ получены центры поглощения, обусловленные вакансиями, которые значительно увеличивают коэффициент поглощения на длине волны генерации [2].
В то же время возможен случай, когда анионная вакансия, захватившая электрон, может . играть роль подкачивающего
центра для находящегося рядом с ней редкоземельного иона, ув личивая тем самым эффективность накачки [6] • У™«°"ле"а сильная зависимость величин критических W™*^*™^ держания в ВТСП материале кислорода. Например, свойства соединения YBa2Cu3O7_,, являющегося фазой переменного состава по кислороду, резко изменяются в зависимости от содержания в нем кислорода, кроме того, это соединение ^весьма чувствительно к наличию в решетке некоторых примесей.
Таким образом, не зная физической природы Дефектов невозможно оценить их влияние на характеристики квантовых приборов и, тем более, оптимизировать их параметры.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ..............
Г*ава 1. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ ........
1.1. Вакансии и междоузельные атомы......
1.2. Центры окраски в ионных кристаллах.....
1.2.1. Анионная вакансия с одним электроном.....
1.2.2. Анионная вакансия с двумя электронами ....
1.3. Расчет центров окраски типа VA ><е~ с учетом реальной локальной симметрии центра в а—Л120^.....
'1.4. Атомы примеси как точечные дефекты .....
1.4.1. Критерии изоморфного замещения . . . ...
Г лава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ТУГОПЛАВКИХ ОКИСЛОВ
2.1. Оптические методы.........
2.2. Электрические методы ........
2.3. Методы, связанные с применением электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).........
2.4. Методы, основанные на измерении кристаллографических, теплофизических и механических параметров ....
ГлаваЗ. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ТУГОПЛАВКИХ ОКИСЛОВ..........55
3.1. Введение точечных дефектов с помощью термообработки . 55
3.2. Введение точечных дефектов при облучении кристаллов. . Ь9
3.3. Точечные дефекты в простых окислах..... 70
. 3.3.1. Центры типа h-\-.......... 71
3.3.2. Центры типа F.......... 72
3.3.3. Бивакансии или Р--центры ....... 74
3.3.4. Центры типа V-.......... 75
3.4. Точечные дефекты в окиси алюминия..... 78
3.5. Точечные дефекты в монокристаллах гранатов . . . 9Э
3.6. Точечные дефекты в монокристаллах ортоалюминатов . . 103
3.7. Точечные дефекты в монокристаллах скандиатов . . . 111
3.8. Точечные дефекты в кристаллах оксисульфидов редкоземельных элементов . ... . . . ... 120
3.9. Точечные дефекты в кристаллах гексаалюмнната лантана — магния............ 12->
3.10. Понятие радиационной стойкости лазерных материалов . . 129
3.10.1. Влияние электронного облучения на работу лазеров на основе ИАГ (Nd)..........136'
Глава 4. ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ........142
4.1. Дислокации........... 142
4.2. Дислокации в кристаллах корунда и рубина .... 150
4.3. Дислокации в монокристаллах гранатов ..... 157
4.4. Дислокации в кристаллах гексаалюмината лантана—магния. 162
Глава 5. ОБЪЕМНЫЕ И МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ ДЕФЕКТЫ . . 166
5.1. Физико-химическое взаимодействие расплава с атмосферой кристаллизации .......... 167
5.2. Образование включений ........ 170
5.3. Образование пор..........174
5.4. Дефекты, связанные с граиными формами роста кристаллов. 179
5.5. Образование дефектов вследствие концентрационного перс-охлаждения ...........182
5.6. Захват механических включений . . . . . 184
5.7. Захват и распределение примесей......185
5.8. Остаточные напряжения как источник дефектов в монокристаллах ............
5.9. Дислокационная структура .......
5.10. Блочная структура.........
5.11. Точечные дефекты и твердофазные химические реакции.
5.12. Устойчивость процесса кристаллизации .....
Глав а 6. ДЕФЕКТЫ В МАТЕРИАЛАХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
СВЕРХПРОВОДИМОСТИ.........201
6.1. 'Высокотемпературные сверхпроводящие материалы на основе сложных оксидов..........201
6.2. Сверхпроводящие фазы на основе YBa2Cu,jOT__f . . . 202
6.2.1. Кристаллическая структура \гВзгСи3О7 ..... 203
6.3. Кислородная нестехиометрня соединения YBa2Cu.-,O7_T - 216
6.4. Фазовые соотношения в квазитройпой системе Y2Oj—ВаО —
СиО............222
6.5. Методы получения сверхпроводящей структуры . . . 231
Список использованной литературы........239-
Цена: 150руб.
