Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності



Сторінка3/3
Дата конвертації21.03.2018
Розмір0.57 Mb.
ТипАвтореферат
1   2   3

Зміна концентрації, см-3
Рис. 15. Залежність коефіцієнта підсилення оптично однорідного кристала (Δn ~ 10  4) CdS від концентрації нерівновжних носіїв ΔN для міжзонних переходів при 80 К (1) і 300 К () і для переходів зона провідності – дрібний акцепторний рівень ізотопу срібла EA=94 меВ, =1·1017 см-3,  = 2·1017 см-3 80 К (2) і 300 К (2´ ).

Рис. 16. Залежність потужності випромінювання лазерів на основі оптично однорідних (Δn ~ 10-4 – 10-3), радіаційно легованих домішкою ізотопів срібла ( ) і палладія () кристалів CdS від щільності струму накачування j при 80 К (а) і 300 К (б):

1 –  = 2·1017 см-3; 2 –  = 1,5·1017 см-3; 3 –  = 1·1017 см-3; 4 –  = 8,5·1016 см-3.
Одним з основних механізмів, що знижує ефективність нелегованих активних середовищ із ростом температури, є поглинання випромінювання нерівноважними носіями, особливо дірками. Основний внесок у цей вид втрат вносить внутрізонне поглинання, обумовлене переходами дірок між відщипленою за рахунок спін-орбітальної взаємодії валентної підзони Еv3 і зоною важких дірок Еv1 – перехід Е1 (рис. 17). Додаткові втрати, особливо при 80К, можуть бути пов'язані з переходами Е2 з відщипленої валентної підзони Е на рівні дрібних акцепторів Е. Можливі також переходи з відщипленої підзони в зону легких дірок Е4 і із зони легких дірок у зону важких дірок Е3, однак вони менш імовірні й можуть впливати тільки при дуже високих рівнях збудження.

Рис. 17. Схема переходів при внутрізонному поглинанні власного лазерного випромінювання (Е1) і при поглинанні на акцепторних рівнях (Е2); Еvi – рівні у валентній зоні.


В GaAs при 300К величина поглинання нерівноважними електронами становить 5 10 см-1, а поглинання через внутрізонні переходи у валентній зоні ~ 30 см-1 (Δp=1,5·1018 см-3). При 80К через більш низькі значення Δрпор втрати на поглинання ~ 10 см-1 (Δp=1,3·1017 см-3). З вищесказаного виходить, що для досягнення максимальної потужності напівпровідникових лазерів необхідно використати оптимальні переходи, якими є вироджена зона провідності  дрібний акцептор. Імовірність випромінювальної рекомбінації таких переходів становить W = 1/τ ~ ( 0,3 – 1 )∙10.

У шостому розділі викладаються результати дослідження деградаційних явищ у лазерах з електронним накачуванням на основі радіаційно модифікованих оптично однорідних кристалів GaAs і CdS. Вивчені закономірності процесів деградації залежно від температури, параметрів накачування, власного лазерного випромінювання й від вихідних властивостей матеріалів.

Встановлено, що основною причиною, яка обмежує величину вихідної потужності лазерного випромінювання з ростом накачування, є механічне руйнування або локальне плавлення матеріалу активного середовища під дією потужного власного лазерного випромінювання (катастрофічна деградація). Електронний пучок не є відповідальним за незворотні змiни в матеріалі. Величина порога світлового руйнування Рк перебувала в межах 3-17 МВт/см2 і залежала від вихідних властивостей матеріалу: типу й концентрації легуючих домішок, досконалості кристалічної структури, оптичної однорідності, щільності дислокацій. Максимальне значення Рк спостерігалося при Т = 80К у зразках n типу провідності з високою оптичною однорідністю, легованих телуром і отриманих методом РФЕ в полі гамма-випромінювання в умовах підтримки сполуки, близької до стехиометричної з оптимальною концентрацією носіїв N0=1018 см-3, щільністю дислокацій не вище 5·104 см-2, максимальним розміром одиноких мікронеоднорідностей 1 мкм, концентрацією дрібних компенсуючих акцепторів цинку і германія не вище (5-7).1017 см-3. В GaAs, легованому оловом, діапазон припустимих концентрацій зростав до 3∙1018 см-3 без зменшення Рк, що обумовлено високою однорідністю кристалів. У зразках p типу, радіаційно легованих ізотопами цинку, значення Рк були нижче, ніж у кристалах n-типу, і не перевищували ~10 МВт/см2. Збільшення щільності дислокацій ND приводило до зниження величини Рк. Знайдена кореляція між величиною Рк і диференціальною квантовою ефективністю використана для оцінки порога оптичного руйнування матеріалу.

Встановлено, що в кристалах з високою оптичною однорідністю руйнування матеріалу відбувається за рахунок катастрофічної й повільної деградації. Катастрофічна деградація виникала під впливом власного лазерного випромінювання й мала подвiйний характер: а) катастрофічна деградація, що супроводжується механічним руйнуванням поверхні торців резонатора, незворотнiм падінням потужності випромінювання й збільшенням порога генерації (зразки з n~10-4-10-1); б) катастрофічна деградація, що супроводжується виникненням ушкоджень у вигляді нитковидних шнурів розміром від 3 до 10 мкм, перпендикулярних торцям резонатора (зразки з n~10  6  10-5). Формування світлових каналів обумовлено явищем самофокусування, тому величина Рк у цьому випадку визначається порогом самофокусування випромінювання в активному середовищі.

З ростом температури від 80 до 300 К поріг руйнування знижувався в 2-3 рази (Рк = 2-6 МВт/см2), а сам процес деградації, супроводжуваний незначними механічними руйнуваннями, в основному був обумовлений зниженням внутрішнього квантового виходу й істотним ростом щільності дислокацій до ND1017 см-2 в активній області кристала.

Розглянуто можливі фізичні механізми, відповідальні за катастрофічну деградацію лазерів. Як видно з експериментів, існує, очевидно, пряма взаємодія вихідних дислокацій, що перебувають у кристалі, із власним випромінюванням, при якому на них поглинається значна частина світлової потужності. Це приводить до виникнення лавиноподібного процесу розмноження дислокацій під дією власного випромінювання лазера, що визначає лавиноподібний характер розвитку й розмноження мікротріщин. Цей процес триває безупинно й приводить, в остаточному підсумку, до саморуйнування й деградації лазера. Побудовано аналітичну модель цього явища.



Досліджені також процеси повільної деградації. Показано, що повільна деградація відбувається, в основному, під дією іонізуючого збудження накачування й обумовлена виникненням дефектів структури, які знижують квантовий вихід випромінювальної рекомбінації. Для зниження ймовірності деградації необхідно істотно поліпшити кристалічну структуру, оптичну однорідність і стан поверхні елементів. Застосування перерахованих вище рекомендацій дозволило збільшити значення вихідної потужності в 3-6 разів, знизити темпи повільної деградації в 10-100 разів і збільшити термін служби лазерів до декількох сотень годин.

ВИСНОВКИ
У дисертації викладені й узагальнені наукові результати, сукупність яких вдосконалює теорію та вносить суттєвий вклад в практику наукового напрямку, пов'язаного з вивченням фізичних процесів і явищ у модифікованих за допомогою радіаційних технологій оптично однорідних напівпровідникових кристалах як основи лазерів з електронним накачуванням. Розглянуто моделі, методи та методики керування властивостями і умови роботи цих приладів у видимій та інфрачервоній областях спектра при потужних світлових і електронних потоках. Основні результати роботи полягають у наступному:

  1. Виконано теоретичне й експериментальне дослідження релаксаційних процесів у напівпровідникових середовищах, зумовлених високим рівнем їх збудження. Показано можливість практичного використання результатів досліджень для збільшення ефективності роботи лазерів з електронним накачуванням і вдосконалення їх активних середовищ шляхом відпалу потужнострумовим імпульсним електронним пучком.

  2. Доведено, що іонізуючі випромінювання (гамма-кванти, швидкі електрони й нейтрони, а також легкі іони) у сполученні з термічним і лазерним відпалом, а також відпал потужнострумовим імпульсним електронним пучком, є ефективним комплексом методів і засобів модифікації властивостей напівпровідникових сполук GaAs і CdS з метою створення оптично однорідних монокристалів. Розроблено методики практичного застосування таких процесів модифікації.

  3. Доведено, що поглинання лазерного випромінювання на вільних носіях заряду, яке до даного дослідження вважалося принципово непереборними втратами, може бути значно знижено. Зменшення концентрації носіїв заряду за рахунок виведення їх при опроміненні напівпровідникових кристалів швидкими електронами й нейтронами приводить до зменшення поглинання на вільних носіях і, відповідно, до зменшення втрат лазерного випромінювання, зменшення порога генерації й збільшення потужності випромінювання.

  4. Вперше отримано експериментальний доказ екситонно-плазмового фазового переходу Мотта. Значення критичної концентрації носіїв заряду склало Nкр=7·1017 см-3 і добре узгоджується з теоретичними оцінками.

  5. Виведено фундаментальні рівняння екситонного лазера й отримані умови інверсної населеності та генерації.

  6. Вперше на прикладі прямозонних напівпровідникових сполук розглянуті теорія й технологія створення немессбауерiвського гамма-лазера.

  7. Вперше вивчена природа переходів і механізми генерації в лазерах з електронним збудженням на основі модифікованих оптично однорідних, радіаційно легованих і нелегованих кристалів GaAs і CdS. При дослідженні лазерних характеристик таких кристалів виявлено, що з ростом накачування відбувається зміна механізмів випромінювання. Доведено, що цей процес зумовлений швидким насиченням відповідних домішкових переходів. При цьому найбільш швидко насичується перехід на більш дрібний акцепторний рівень. Це явище рекомендовано практично застосувати для генерації випромінювання на різних довжинах хвиль і створити напівпровідникові лазери із змінною довжиною хвилі.

8. Для визначення типу робочих переходів вивчені спектри спонтанного й змушеного випромінювання залежно від температури й рівня збудження. Показано, що оптимальними є переходи з виродженої зони провідності на дрібні акцепторні рівні, створені ядерним легуванням. Оптимальні концентрації легуючих домішок визначаються особливостями зонної структури й фізико-хімічних властивостей вихідних кристалів. Показано, що оптично однорідні кристали мають велику потужність випромінювання ~350-400 Вт і малі граничні щільності струму j~(0,5-0,8) А/см (80К) і j~(3-3,5) А/см (300К), а коефіцієнт корисної дії (ККД) на окремих зразках (n~10-10) може досягати теоретичної межі ~30 %.

9. Вперше експериментально й теоретично вивчені процеси деградації на модифікованих за допомогою іонізуючих випромінювань оптично однорідних активних кристалах GaAs і CdS. Показано, що деградація таких середовищ може проявлятися по одному з таких механізмів:

9.1. Катастрофічна деградація під впливом власного лазерного випромінювання, яка виникає за рахунок прямої взаємодії випромінювання з дислокаціями, що приводить до лавиноподібного розмноження останніх і, в остаточному підсумку, до саморуйнування лазера. Така деградація спостерігалася на зразках з n~10-3-10-1 і N~1016-1018 см-3.

9.2. Катастрофічна деградація під впливом власного лазерного випромінювання, що виникає за рахунок нелінійного ефекту самофокусування. Така деградація спостерігалася на зразках з n~10-4-10-6 і N~1015-1013 см-3.

9.3. Повільна деградація, тобто поступове незворотнє зменшення потужності випромінювання, зумовлене тільки щільністю струму накачування. Така деградація спостерігалася на всіх зразках.

10. Запропоновано модель повільної деградації лазерних кристалів у реальних умовах експлуатації. Вона заснована на екрануючому впливі плазми нерівноважних носіїв заряду, генерованих електронами накачування, на валентні зв'язки атомів кристала. У результаті цього виникають дефекти, що зменшують оптичну однорідність кристалів. Знайдено, що граничні енергетичні характеристики лазерів обмежені катастрофічною й повільною деградацією.

11. Показано, що опромінення невеликими дозами швидких нейтронів (~(1 3,6)·1017 нейтрон/см2) з енергією ~14,5 МеВ оптично однорідних монокристалів GaAs (з вихідною щільністю дислокацій ~104 105 см  2) приводить до зменшення ймовірності деградації лазерів на їхній основі й поліпшенню вихідних характеристик. Після опромінення критична щільність потужності випромінювання лазера зросла до ~2·107 Вт/см2.

Таким чином, мета роботи досягнута, всі поставлені в ній задачі виконані.


СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ


    1. Гаркавенко А.С. Оптические импульсные цифровые фазометры / А.С.Гаркавенко, В.В.Календин, А.В.Педоренко // Труды ВНИИФТРИ «Фазовые и поляризационные измерения лазерного излучения и их метрологическое обеспечение». – М. – 1981 – С. 41-44.

    2. Гаркавенко О.С. Розрахунок глибини модуляції випромінювання міліметрового діапазону при взаємодії з гарячими електронами в напівпровідниках / О.С. Гаркавенко, М.С. Гатало, П.С. Кособуцький, В.А. Санборський, О.В. Франів // Твердотільна електроніка. – 1990. – Вип.23. – С.100-102.

    3. Гаркавенко А.С. О возможности измерения времени релаксации за счёт электронно – дырочного рассеяния в полупроводниках при высоком уровне возбуждения / А.С. Гаркавенко, А.И. Дмитриев, В.В. Календин, Б.Н. Левинский // Квантовая электроника.– Киев: Наукова думка.– 1989.– Вып. 36.– С. 58 – 60.

    4. Гаркавенко А.С. Фотоэлектронные спектры основных и возбужденных состояний легированного ионами Ne монокристалла GaP / А.С. Гаркавенко, А.В. Шепелев // Физическая электроника. – 1988. – Вып.37. – С. 45-48.

    5. Расчёт времени релаксации за счёт электронно – дырочного рассеяния в сильновозбуждённой плазме полупроводников / А.С. Гаркавенко, М.С. Гатало, Б.Н. Левинский // Физическая электроника– 1990.– Вып. 41.– С. 46 – 48.

    6. Гаркавенко А.С. Современное состояние и перспективы развития светодиодов и светодиодных индикаторных устройств отображения визуальной информации / А.С. Гаркавенко, Ю.М. Кондрат, Т.П. Меньшикова, Ю.В. Писак // Препринт Института проблем материаловедения им. И.М.Францевича НАН Украины.– № 92.– Киев.– 1992.– С. 73.

    7. Гаркавенко А.С. Влияние имплантации ионов неона на проводимость кристаллов GaP / А.С. Гаркавенко, М.С. Гатало, П.С. Кособуцкий, Е.Г. Мороз // Физическая электроника.– 1992.– Вып.42.– С. 71 – 74.

    8. Гаркавенко А.С. Измерение квантового выхода фото– и электролюминесценции / А.С. Гаркавенко, М.С. Гатало, П.С. Кособуцкий // Физическая электроника.– 1992.– Вып.42.– С. 116–118.

    9. Гаркавенко А.С. Двухфотонные фотоэлектронные спектры и плотность состояний GaP: Ne / А.С. Гаркавенко, А.В. Шепелев // Поверхность.– 1992.– № 7.– С. 127–128.

    10. Гаркавенко А.С. Формирование омических контактов на поверхности полу-проводниковых соединений / А.С. Гаркавенко, П.С. Кособуцкий, В.А. Мокрицкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 1993.– Вып.2.– С. 40 – 41.

    11. Кособуцкий П.С. Способ формирования омических контактов на поверхности соединений АB / П.С. Кособуцкий, А.С. Крочук, А.И. Пелещишин, А.С. Гаркавенко // А.С. № 95073532 от 27. 07. 1995.

    12. Гаркавенко А.С. Расчёт коэффициента поглощения ИК излучения свободными носителями заряда в полупроводниках / А.С. Гаркавенко, В.А. Мокрицкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 1995.– № 1.– С. 36 – 37.

    13. Гаркавенко А.С. Об изменении типа проводимости монокристаллов CdS / А.С. Гаркавенко, В.А. Мокрицкий // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев–Львов.– 1996.– С. 55 – 57.

    14. Гаркавенко А.С. О преимуществе легирования GaN быстрыми нейтронами / А.С. Гаркавенко, В.А. Мокрицкий // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1996.– С. 58

    15. Гаркавенко А.С. Двухквантовая фотоэлектронная спектроскопия поверхности золота и фосфида галлия / А.С. Гаркавенко, А.В. Шепелев // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1996.– С. 60 – 62.

    16. Гаркавенко А.С. Метод исследования неравновесных процессов в полупроводниковых лазерах с электронным возбуждением / А.С. Гаркавенко, В.В.Календин // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1997.– С. 57 – 60.

    17. Гаркавенко А.С. Модуляция миллиметрового излучения на горячих носителях в полупроводниках / А.С. Гаркавенко // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1997.– С. 60 – 62.

    18. Гаркавенко А.С. Измерение концентрации носителей заряда в имплантированных слоях кристаллов GaP методом ИК отражения / А.С. Гаркавенко // В кн.: Физические методы и средства контроля материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1998.– С. 118 – 120.

    19. Гаркавенко А.С. Метод модуляции лазерного излучения / А.С. Гаркавенко // В кн.: Физические методы и средства контроля сред, материалов и изделий.– Киев – Львов.– 1999.– С. 133–137.

    20. Гаркавенко А.С. Амплитудная модуляция излучения полупроводникового светодиода / А.С. Гаркавенко // В кн.: Физические методы и средства контроля сред, материалов и изделий.– Киев – Львов.– 2000.– С. 133 – 134.

    21. Гаркавенко А.С. Металлы с дырочной проводимостью в излучающих поверхностно – барьерных диодах / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2000.– № 2–3.– С. 60 – 61.

    22. Гаркавенко А.С. О деградации полупроводниковых лазеров / А.С. Гаркавенко // Теоретический и научно – практический журнал радиосвязи, радиовещания и телевидения. Тр. Украинского научно – исследовательского института радио и телевидения.– 2000.– № 1(21).– С. 65 68.

    23. Гаркавенко А.С. Электромагнитное излучение сильно возбуждённой плазмы в полупроводниках / А.С. Гаркавенко // Фотоэлектроника.– 2000.– Вып.9.– С. 108 – 109.

    24. Гаркавенко А.С. Радиационное распухание кристаллов полупроводниковых соединений / А.С. Гаркавенко // Ядерная и радиационная безопасность.– 2000.– Т.3.– Вып.4.– С. 87–89.

    25. Гаркавенко А.С. Модифицированный фосфид галлия для лазеров и мощных светодиодов / А.С. Гаркавенко, В.А. Мокрицкий // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2001.– № 2.– С. 54 – 55.

    26. Гаркавенко А.С. Немессбауэровский гамма – лазер на основе прямозонных полу­проводниковых соединений / А.С.Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2001.– № 4 – 5.– С. 56 – 59.

    27. Гаркавенко А.С. Новые лазерные методы, средства и технологии / А.С. Гаркавенко, В.В. Зубарев, С.В. Ленков, Д.В. Лукомский, В.А. Мокрицкий // Монография.– Одесса: Астропринт.– 2002.– С. 280.

    28. Мокрицкий В.А. Радиационное легирование сульфида кадмия и арсенида галлия / В.А. Мокрицкий, А.С. Гаркавенко, В.В. Зубарев, С.В. Ленков // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2003.– № 6.– С. 14 – 17.

    29. Ленков С.В. Радиационное управление свойствами материалов и изделий опто – и микроэлектроники / С.В. Ленков, В.А. Мокрицкий, А.С. Гаркавенко, В.В. Зубарев, В.А. Завадский // Монография.– Одесса: Друк.– 2003. – 345 С.

    30. Гаркавенко А.С. Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой. Том 1. Механизм генерации, свойства излучения / А.С. Гаркавенко, C.В. Ленков, В.А. Мокрицкий, А.С. Пашков // Монография.– Одесса: Полиграф.– 2006. – С. 434.

    31. Гаркавенко А.С. Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой. Том 2. Активные среды. Разработка приборов / А.С. Гаркавенко, С.В. Ленков, В.А. Мокрицкий, В.В. Выдолоб // Монография.– Одесса: Полиграф.– 2006.– С. 389.

    32. Выдолоб В.В. Лазеры в метрологии полупроводников / В.В. Выдолоб, А.С. Гаркавенко, С.В. Ленков, В.А. Мокрицкий // Монография.– Одесса: Полиграф.– 2006.– 270 с.

    33. Гаркавенко А.С. Экспериментальное доказательство экситонно-плазменного фазового перехода Мотта / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2010.– №3(87).– С. 21-24.

    34. Ленков С.В. Модификация свойств полупроводникового соединения CdS при облучении ионами неона / С.В. Ленков, В.А. Мокрицкий, А.С. Гаркавенко // Вiсник КНУ iм.Т.Шевченко. Вiйськово-спецiальнi науки. – 2010,-24-25. – С. 15-21.

    35. Гаркавенко А.С. Скоростные уравнения экситонного лазера / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2011.– №3(91) – С. 14-16.

    36. Гаркавенко А.С. Тонкая структура спектров лазеров с электронной накачкой на основе радиационно модифицированных оптически однородных нелегированных кристаллов GaAs / А.С. Гаркавенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре.– 2011.– № 5. – С. 25-28.

    37. Гаркавенко А.С. Смена механизмов излучения в лазерах с электронной накачкой на основе оптически однородных, радиационно легированных кристаллов GaAs / А.С. Гаркавенко // Збірник наукових праць Військового інституту Київського Національного університету ім. Тараса Шевченка. – Вип.№32.– Київ. – 2011.– С. 15-21.


АНОТАЦIЯ
Гаркавенко О.С. Радіаційна модифікація електрофізичних та оптичних властивостей кристалів GaAs і CdS для створення на їх основі лазерів великої потужності. – Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня доктора фiзико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників та диелектрикiв. – Одеський національний університет ім. I.I. Мечникова, Одеса, 2012.

Дисертація присвячена радіаційній модифікації властивостей напівпровідникових сполук GaAs та CdS за допомогою іонізуючих випромінювань (гамма-квантів, швидких електронів та легких іонів), а також сильно струмових iмпульсних електронних пучкiв з метою створення оптично однорідних кристалів, і дослідженню фізичних процесів, які протікають в них при високих рівнях збудження, для створення високоефективних лазерів з електронним накачуванням.

Модифіковані напівпровідникові кристали були використанi для експериментального доказу екситонно-плазмового фазового переходу Мотта. Теоретично отримані фундаментальні рівняння экситонного лазера, виведені умови інверсної населеності та генерації. На прикладі прямозонної напівпровідникової сполуки CdS розглянута теорія і технологія створення немесбауерівського гамма-лазера.

В дисертації представлені дослідження, в яких ретельно вивчені рекомбінаційні та радіаційні явища у вказаних вище сполуках, які використовувались у якості активних середовищ. Оптимізовані властивості цих матеріалів і умови їх роботи, створені лазери з гранично високими вихідними характеристиками. Встановлені залежності найважливіших характеристик таких лазерів  спектральних, порогових, енергетичних  від властивостей і особливостей зонної будови матеріалу, енергетичного спектру домішкових атомів і фізико-хімічних властивостей напівпровідників, типу домішки і ступеня радіаційного легування, робочих температур і рівня збудження. При високих рівнях накачування (1024 – 1028 см-3с-1) виявлені ймовірності деяких каналів випромінюючої рекомбінації, виділені оптимальні переходи і отримано ККД ~30%, що близько до теоретичної межі.

Проведені дослідження процесів деградації лазерів даного типу під дією власного випромінювання та електронного пучка, що дало змогу оптимізувати умови роботи їх активних середовищ. Основні висновки роботи зроблені на основі зіставлення теоретичних розрахунків та експериментальних результатів.



Ключові слова: лазер, напівпровідникові сполуки, електронне накачування, деградація, радіаційна модифікація.
АННОТАЦИЯ
Гаркавенко А.С. Радиационная модификация электрофизических и оптических свойств кристаллов GaAs и CdS для создания на их основе лазеров большой мощности. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 – Физика полупроводников и диэлектриков. – Одесский национальный университет им. И.И.Мечникова, Одесса, 2012.

Диссертация посвящена радиационной модификации свойств полупроводниковых соединений GaAs и CdS с помощью ионизирующих излучений (гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов и легких ионов), а также сильноточных импульсных электронных пучков с целью создания оптически однородных кристаллов и исследованию физических процессов, происходящих в них при высоких уровнях возбуждения, для создания высокоэффективных лазеров с электронной накачкой.

Полученные модифицированные полупроводниковые кристаллы использовались для экспериментального доказательства экситонно-плазменного фазового перехода Мотта. Теоретически получены фундаментальные уравнения экситонного лазера, выведены условия инверсной населенности и генерации. На примере прямозонного полупроводникового соединения CdS рассмотрены теория и технология создания немессбауэровского гамма-лазера.

В диссертации представлены исследования, в которых подробно изучены рекомбинационные и радиационные явления в указанных выше материалах, используемых в качестве активных сред, оптимизированы свойства этих материалов и условия их работы, созданы лазеры с предельно высокими выходными характеристиками. Установлены зависимости важнейших характеристик таких лазеров  спектральных, пороговых, энергетических  от свойств и особенностей зонного строения материала, энергетического спектра примесных атомов и физико-химических свойств полупроводников, типа примесей и степени радиационного легирования, рабочих температур и уровней возбуждения. При высоких уровнях накачки (1024 – 1028 см-3с-1) определены вероятности некоторых каналов излучательной рекомбинации, выделены наиболее оптимальные переходы и получен КПД ~30%, что близко к теоретическому пределу.

Проведены исследования процессов деградации лазеров данного типа под действием собственного излучения и электронного пучка, что дало возможность оптимизировать условия работы таких активных сред. Основные выводы работы сделаны на основании сопоставления теоретических расчетов и экспериментальных результатов.



Ключевые слова: лазер, полупроводниковые соединения, электронное накачивание, деградация, радиационная модификация

.

ANNOTATION


Garkavenko A.S. Radiating updating of the electro-physical and optical properties of crystals GaAs and CdS for creating on their basis the large power lasers. – Manuscript.

Thesis for a degree of a Doctor of Physical and Mathematical Science. Specialty 01.04.10 – Physic of the semiconductors and nonconductors. – The Odessa’s National University of I.I.Mechnikov, Odessa, 2012.

The dissertation is devoted to radiating updating of properties semiconductor compounds GaAs and CdS through the instrumentality of an ionizing radiation (γ-quanta, fast electrons, neutrons and easy ions) for the purpose of creation optic-homogeneous crystals and to research of the physical processes occurring in them at high excitation levels, for creation of the high-effective lasers through the instrumentality of an electronic rating. The derived modified semiconductor crystals were investigated through the instrumentality of as peak, and laser-phasometric diagnostics methods. It has allowed quantitatively, with high sensitivity and accuracy to define optical uniformity and to measure life-times of the nonequilibrium charge carriers of the investigated crystals, and also to investigate changes of their optical properties under the influence of an electronic rating and to prove experimental exciton-plasma phase transition of Mott. The fundamental equations exciton the laser, deduce conditions of inverse density and generation are theoretically obtained. On the example of the direct-gap semiconductor combination CdS the theory and technology of creating of the nonmössbauer gamma-laser are considered. Researches in which are in detail studied recombination and the radiating phenomena in the materials specified above used as active environments also are presented to dissertations, properties of these materials and a condition of their work are optimized and laser with extremely high target characteristics are created. Dependences of the major characteristics of such lasers are established: spectral, threshold, power from properties and features of material zone structures, a power spectrum impurity atoms and physics-chemistry properties of semiconductors, type of impurity and radiating alloy degree, operating temperatures and excitation levels. At high levels of a rating (1024 – 1028 cm-3s-1) probabilities of some channels radiating recombination are defined, the optimal transitions are allocated and is derived efficiency ~30% that is close to the theoretical limit.

Researches of processes of degradation of lasers of the given type under the influence of self-radiation and an electronic bunch that has given the chance are carried out to optimize working conditions of such active environments. The basic conclusions of work are made on the basic of comparison of theoretical calculations and experimental results.



Keywords: the laser, semiconductor connections, electronic pumping, degradation, radiating updating.




Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3

Схожі:

Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconСвіт води очима природничих наук
Землі, її фізичні І хімічні властивості на основі використання міжпредметних зв’язків; формування уявлення про єдність живої І неживої...
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconЗміст Вступ
Кузнєцов Олександр Іванович  ветеран Великої Вітчизняної війни І перший керівник Ради
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconТрудове навчання, урок-калейдоскоп з фрагментами проектної діяльності, 3 клас
Тема. Геометричні орнаменти в українській народній вишивці. Створення на основі геометричних фігур орнаментів для вишивок, перенесення...
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconЮрій Семенович Старостенко (13 червня 1923 — 1965) — дитячий письменник
Народився Юрій Семенович Старостенко 13 червня 1923 року в місті Забєлишине в Білорусії. Батько його був фельдшером, а мати — медсестрою....
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconБуров Олександр Юрійович
Ергономічні основи розробки систем прогнозування працездатності людини-оператора на основі
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності icon-
Однією із особливостей нашої цивілізації є наявність великої кількості релігій І етичних систем. Людство завжди прагнуло зрозуміти...
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconВіктор Семенович Близнець – письменник, який створив для дітей та молоді незвичайні книжки – світлі, людяні І чесні
Віктор Семенович Близнець письменник, який створив для дітей та молоді незвичайні книжки світлі, людяні І чесні
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності icon2 розрахунок потужності електродвигуна
Коротка характеристика верстата типу 16К20Т1 І режимів його роботи
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconУкраїнські жінки в астрономії
Мотря Василівна Братійчук — керівник найзахіднішої в Україні Станції оптичних спо­стережень за штучними супутни­ками Землі (шсз)
Гаркавенко олександр Семенович радіаційна модифікація електрофізичних І оптичних властивостей кристалів gaAs І gds для створення на їх основі лазерів великої потужності iconОлександр стахов-шульдиженко
Олександр Шульдиженко, псевдонім А. Стахов (у Британії підписувався як Alexander Stachow, в Україні – Олександр Шульдиженко). Британсько-український...


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка