name: Диффузионное легирование поликристаллического CVD-ZnSe ионами Fe²⁺
keyword_list: Fe2+:ZnSe, диффузионное легирование, рекристаллизация, фотолюминесценция, ИК-лазеры
abstract: Цель: исследование влияния параметров диффузионного отжига (температуры, атмосферы, времени) на формирование концентрационного профиля Fe²⁺, а также на структурные и оптические характеристики поликристаллов Fe²⁺:ZnSe. Кристаллы Fe²⁺:ZnSe используют в качестве активных сред ИК-лазеров, генерирующих в спектральном диапазоне 3,7 - 5 мкм. Лазерные характеристики во многом зависят от свойств материала активной среды, таких как оптическое пропускание, однородность, дефектный состав, профиль распределения концентрации допанта в объеме образца. Комплекс свойств определяется условиями получения. Одним из наиболее распространенных способов введения ионов Fe²⁺ в матрицу ZnSe является высокотемпературное (900 - 1250°С) диффузионное легирование. Исходным материалом являлся поликристаллический ZnSe, синтезированный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) по реакции паров Zn и H2Sе в токе Ar. Легирование осуществляли из тонкопленочного металлического источника железа, нанесенного на поверхности образцов ZnSe. Диффузионные отжиги проводили в герметичных кварцевых ампулах при температурах 900 - 1150°С в разных атмосферах (Ar, Zn, Se). Выявлено, что отжиг в атмосфере Zn ускоряет диффузию Fe²⁺, что связано со сменой объемного механизма диффузии по вакансиям на диффузию междоузельных атомов и с увеличением вклада диффузионного потока по границам зерен вследствие снижения скорости рекристаллизации CVD-ZnSe в присутствии избыточного Zn. Установлено, что в температурных пределах 920 - 1050°C при отжиге в Ar в Fe²⁺:ZnSe преобладает механизм вторичной рекристаллизации. Методом двухфотонной конфокальной микроскопии выявлены особенности формирования центров дефектно-примесной фотолюминесценции вдоль направления диффузионного потока и закономерности их распределения в области границ зерен Fe²⁺:ZnSe. Полученные данные подтверждают предложенные механизмы ускорения диффузии Fe²⁺, а также влияние железа на рекристаллизацию Fe²⁺:ZnSe. Представлена оригинальная методика легирования в условиях HIP-обработки (горячее изостатическое прессование).  Использование высокого давления (100 МПа)  позволяет увеличить температуру процесса до 1250⁰С без заметного массопереноса за счет сублимации и существенно сократить время отжига. Используя этот подход, получен оптический элемент  Fe²⁺:ZnSe диаметром 63 мм. Исследованы характеристики Fe²⁺:ZnSe-лазера на его основе при возбуждении химическим HF-лазером в условиях комнатных температур. Достигнуты рекордные параметры лазерной генерации (E=1,43 Дж, ηslope=52%, ηabs=48%). Полученные результаты используются при выборе режимов диффузионного легирования образцов Fe²⁺:ZnSe с заданной геометрией и концентрационным профилем допанта, а также контролируемым примесным и дефектным составом.
chairman_dissertation_council.surname: Князев А.В.
chairman_dissertation_council.position: Декан
chairman_dissertation_council.degree: Доктор химических наук
organization_supervisor.surname: Иванченко М.В.
organization_supervisor.position: Проректор по научной работе
organization_supervisor.degree: Доктор физико-математических наук
rubrics.code: 29.19.11
rubrics.name: Дефекты кристаллической структуры
rubrics.code: 31.15.19
rubrics.name: Химия твердого тела
rubrics.code: 29.19.17
rubrics.name: Диффузия и ионный перенос в твердых телах
oecds.code: 02.05.PK
oecds.name: MATERIALS SCIENCE, CERAMICS
oecds.code: 01.04.EI
oecds.name: CHEMISTRY, PHYSICAL
oecds.code: 01.03.UK
oecds.name: PHYSICS, CONDENSED MATTER
speciality_codes.name: Физическая химия
speciality_codes.code: 02.00.04
supervisors.fio: Гаврищук Е.М.
supervisors.scientific_degree: Доктор химических наук
supervisors.speciality_code: Физическая химия
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Маренкин С.Ф.
opponents.scientific_degree: Доктор химических наук
opponents.speciality_code: Физическая химия
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Петьков В.И.
opponents.scientific_degree: Кандидат химических наук
opponents.speciality_code: Физическая химия
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ННГУ им. Н.И. Лобачевского
protection_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского».
protection_organization.ogrn: 1025203733510
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: ИХВВ РАН
author_organization.name: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук
author_organization.ogrn: 1025203577079
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения