|
Электронная эмиссия из кристаллов ТГС с радиационными дефектами Воронежский государственный университет Научный руководитель: Миловидова Светлана Дмитриевна, канд. физ.-мат.наук Эмиссия электронов продолжает оставаться широко применяемым методом контроля состояния поверхности различных материалов, что в первую очередь связано с высокой чувствительностью метода. В сегнетоэлектриках указанная эмиссия может быть стимулирована любым воздействием, изменяющим полярное состояние поверхности материала: приложением электрического поля, изменением температуры или за счет механического воздействия. На свойства сегнетоэлектриков в значительной степени оказывают влияние дефекты, всегда имеющиеся как в номинально чистых кристаллах, так и специально вводимые при их выращивании. Термо- и электростимулированная эмиссия достаточно хорошо исследована на образцах сегнетоэлектрического кристалла триглицинсульфата (ТГС), как чистого, так и с примесями типа внедрения (ионов хрома) и замещения (молекулы L,a -аланина). Как известно, дефекты в сегнетоэлектриках могут быть созданы не только примесями, вводимыми при росте кристалла, но и радиационным облучением выращенных кристаллов.В настоящей работе представлены результаты исследований термостимулированной эмиссии электронов с поверхности зеркального скола чистого кристалла ТГС, а также облученного рентгеновскими лучами. Облучение проводилось на рентгеновской установке с медным антикатодом. Изменение экспозиционной дозы (10 4 ¸ 105 Р) оценивалось по времени облучения. В процессе облучения в рентгеновской трубке поддерживалось напряжение 30 kV и ток 10 mA. Исследуемые образцы устанавливались непосредственно у окна рентгеновской трубки по одному или 5÷10. образцов один за другим. Последнее позволяло плавно изменять число радиационных дефектов в облучаемых образцах от максимального до нуля при неизменном режиме работы рентгеновской трубки. Измерения плотности тока электронной эмиссии проводились по стандартной методике с использованием ВЭУ в вакууме 10-5 мм.рт.ст. в диапазоне температур от комнатной до +60 0С. Температура измерялась медь-константановой термопарой. Точность измерения температуры не превышала 5%. Вся поступающая информация записывалась и обрабатывалась с помощью компьютера. Для измерений использовались пластинки толщиной 1 мм полярного Y - среза кристалла ТГС, выращенного в сегнетоэлектрической фазе.Проведенные исследования термостимулированной эмиссии электронов с поверхностей зеркального скола кристаллов ТГС позволили установить, что плотность эмиссионного тока jэм с отрицательной поверхности скола всегда больше jэм с положительной поверхности во всем исследованном температурном интервале. Общим для них является и то, что начало эмиссии с "+" скола происходит при температурах на 3¸ 5 градусов выше по сравнению с "-" сколом. Та же тенденция сохраняется и по температуре обращения jэм в ноль, т.е. как бы происходит сдвиг области существования электронной эмиссии с "+" скола вверх по шкале температур по сравнению с "-" поверхностью. Полученный результат можно связать с тем, что для вылета электронов с положительно заряженной поверхности требуется большая стартовая энергия, что и приводит к увеличению температуры как начала, так и окончания эмиссии электронов у таких образцов. Уменьшение униполярности чистых образцов кристалла ТГС приводит к меньшим средним значениям плотности эмиссионного тока от (4¸ 5)× 103 для образцов с j =80¸ 90% до (2,5¸ 3,5)× 103 имп./(с× cм2) для образцов с j =60%. Можно отметить, что для "-" скола образцов с малой степенью униполярности максимум в области перестройки доменной структуры больше по сравнению с областью фазового перехода. Общий вид эмиссионных спектров зависит и от характера доменной структуры. Для образцов с типичной линзовидной доменной структурой с равномерно разбросанными доменами по всей поверхности наблюдаются два максимума в температурной зависимости эмиссионного тока.. Для образцов с полосатыми вытянутыми доменами можно отметить наличие только одного максимума в области перестройки доменной структуры, что согласуется с известными из литературы аномалиями многих свойств при этих температурах. Необходимо отметить, что эмиссионные спектры определяются и температурой, при которой формировалась доменная структура данного образца в процессе роста кристалла..Эмиссия электронов с поверхности образцов кристалла ТГС, подвергнутого рентгеновскому облучению от трубки с медным антикатодом на 2 порядка меньше по сравнению с необлученным образцом. Плотность тока эмиссии не превышает 30 имп./(с·см 2), хотя кривые j(T) имеют характерный максимум эмиссионного тока (в области35-45 0С), как и на необлученных образцах. Эмиссия пропадает при 45-46 0С, т.е. значительно ниже температуры фазового перехода. В необлученных кристаллах ТГС температура окончания эмиссии электронов при той же скорости нагрева (приблизительно 1 градус в минуту) совпадает с точкой Кюри. Исследования показали, что при всех режимах облучения и независимо от времени облучения (от 1 мин. до 2-х часов) эмиссия в облученных кристаллах ТГС отсутствует или очень мала. Как известно, дефекты типа внедрения или замещения изменяют характер эмиссионных спектров номинально чистых кристаллов ТГС, но мало меняют величину плотности тока эмиссии во всей температурной области исследований. Для объяснения такого воздействия рентгеновских лучей, приводящего к значительному уменьшению эмиссии электронов с поверхности кристалла ТГС, можно указать несколько причин.Рентгеновское облучение в кристалле ТГС создает дефекты, закрепляющие доменные стенки, а без движения доменных стенок не может происходить изменения макроскопической поляризации, а ее изменение определяет возникновение поля зарядов экранирования поляризации, выбрасывающее с поверхности кристалла электроны. Второй возможной причиной отсутствия эмиссии может быть выбивание рентгеновскими лучами электронов, активных в эмиссии, за пределы кристалла. Не исключено, что в результате облучения в образце возникает потенциальный барьер, препятствующий эмиссии электронов. Этот барьер может быть связан с образованием объемного заряда внутри образца. |
| (c) АСФ России, 2001 |