Анотація до роботи:

Чугай О.М. Фізичні основи модифікації властивостей кристалів A^IIB^VI формуванням природно упорядкованої дефектної структури. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розробці фізичних основ модифікації властивостей кристалів A^IIB^VI формуванням у них природно упорядкованої дефектної структури. Встановлено, що упорядкована сукупність дефектів структури, яка виникає при рості в істотно нерівноважних умовах, і пов’язані з цими дефектами внутрішні поля обумовлюють якісні зміни акустичних, теплових, діелектричних і фотоелектричних властивостей кристалів. Модифікація властивостей відбувається також у результаті виникнення упорядкованої дефектної структури й еволюції внутрішніх полів при екстремальних зовнішніх впливах.

Запропоновано оригінальний метод скануючої фотодіелектричної спектроскопії, який забезпечує визначення енергетичного спектра локалізованих станів носіїв та приповерхневого електростатичного потенціалу напівпровідників. Завдяки використанню цього методу визначені закономірності енергетичного спектра локалізованих станів, обумовлені упорядкованою сукупністю двовимірних дефектів структури, легуючими атомами Те, впливом одновісного стиснення та сталого електричного поля. Встановлені необоротні зміни енергетичного спектра локалізованих станів та приповерхневого електростатичного потенціалу, обумовлені дією малих доз іонізуючого випромінювання.

В результаті проведених комплексних досліджень вирішена поставлена проблема – розроблені фізичні основи модифікації властивостей кубічних кристалів A^IIB^VI формуванням природно упорядкованої дефектної структури, що охоплює різні масштабні рівні. Встановлено, що виникнення упорядкованої дефектної структури обумовлено самоорганізацією кристала при рості чи екстремальних зовнішніх впливах.

Основні наукові та практичні результати можна сформулювати у вигляді таких узагальнюючих висновків:

1. Показано, що утворення упорядкованої дефектної структури і пов’язаного з нею напружено-деформованого стану зумовлює якісні зміни акустичних властивостей кристалів. Це знаходить свій прояв у формуванні п’єзоелектричної текстури дрібнозернистих полікристалів ZnSe, хімічно осаджених із газової фази, і збудженні нових типів акустичних резонансів в кристалах тієї ж сполуки, вирощених із розплаву. Модифікація дефектної структури й акустичних властивостей не супроводжується підвищенням рівня втрат енергії оптичного випромінювання та власних пружних коливань, завдяки чому зазначені матеріали мають розширені функціональні можливості. У підтвердження цього на основі кристала ZnSe з наведеної віссю симетрії створено макет вимірювача потужності лазерного випромінювання прохідного типу.

2. Встановлено, що упорядкована сукупність двовимірних дефектів структури і пов’язані з ними пружні та електричні поля зумовлюють незвичайний характер теплового розширення і теплопровідності кристалів А^IIВ^VI кубічної модифікації, у тому числі ефекти асиметрії теплопровідності, анізотропії теплового розширення і впливу на це явище термічної передісторії, електричного стану поверхні, фотозбудження зразка.

3. Виявлено і пояснено аномально високу поляризовність кристалів ZnSe кубічної модифікації, які містять упорядковану сукупність двовимірних дефектів структури. Ця властивість становить інтерес з погляду створення нових твердотільних сенсорів фізичних величин ємнісного типу. Вперше встановлені закономірності температурних залежностей діелектричних сталих кристалів селеніду цинку, зумовлені спільним впливом двовимірних дефектів структури і сильного легування домішками Mg та Cr. Отже, введення легуючих домішок розширює можливості направленої зміни діелектричних властивостей кристалів створенням упорядкованої сукупності двовимірних дефектів структури. Виявлено характеристики діелектричної релаксації, у тому числі розподіл релаксаторів за частотою, зумовлені флуктуаціями складу і тепловими умовами росту кристалів Cd_1-xZn_xTe.

4. Запропоновано новий високочутливий метод вимірювання енергетичного спектра локалізованих станів носіїв і приповерхневого електростатичного потенціалу фотопровідника. Реалізація цього методу не потребує зміни температури або інших зовнішніх впливів, які спричиняють необоротні зміни внутрішніх полів. Зазначеним методом встановлено характерні особливості енергетичного спектра локалізованих станів кристалів ZnSe, зумовлені упорядкованою сукупністю двовимірних дефектів структури та легуючими домішками Те й О. Показано, що такі дефекти структури і домішки спричиняють високу фоточутливість кристалів, а отже забезпечують їх застосування в оптоелектроніці. Традиційно для досягнення фоточутливості кристали піддаються спеціальній термообробці.

5. Встановлено, що вплив іонізуючого випромінювання незвичайно малої дози, а також низькотемпературний відпал зумовлюють необоротні зміни енергетичного спектра локалізованих станів носіїв і приповерхневого електростатичного потенціалу кристалів Cd_1-xZn_xTe, спричинені еволюцією системи власних дефектів структури, яка стимулюється внутрішніми електричними і пружними полями. Дослідження закономірностей зміни енергетичного спектра локалізованих станів, зумовленої впливом малих доз іонізуючого випромінювання, температури, сталого електричного поля, є основою розробки нових і підвищення стабільності існуючих детекторів випромінювань.

6. Вперше показано, що лазерне випромінювання та сильне змінне електричне поле низької частоти обумовлюють перетворення дефектної структури кристала, яке охоплює не лише точкові, але й двовимірні дефекти структури і супроводжується модифікацією діелектричних та фотоелектричних властивостей кристала. Це свідчить про можливість управління фізичними властивостями кристалів шляхом трансформації упорядкованої дефектної структури при інтенсивних зовнішніх впливах.

Публікації автора:

1. Лещенко Н.Е., Рвачев А.Л., Чугай О.Н. Поляризация центров переноса и контроль качества МДМ структур // Электронная техника. – 1980. - Сер. 8, Управление качеством, метрология и стандартизация, в. 4(82). - С. 79-81.

2. Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. Тепловое расширение поликристаллов селенида цинка // Оптико-механическая промыш-ленность. - 1988. - № 3. - С. 24-26.

3. Мигаль В.П., Чугай О.Н. Диэлектрическая релаксация и тепловое расширение кристаллов ZnSe, легированных магнием // Неорганические Материалы. – 1991. - № 6. - С. 1315-1317.

4. Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Аномалии теплопроводности кристаллов селенида цинка, содержащих двумерные дефекты структуры // Письма в Журнал Технической Физики. – 1993. - Т. 19, № 1. - С. 47-51.

5. Измерители проходящей мощности и модуляторы лазерного излучения из монокристаллов селенида цинка / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Известия РАН. - 1993. - Т. 57, № 12. - С. 180-182.

6. Собственные колебания пъезоэлементов из объемных кристаллов селенида цинка / Комарь В.К., Корниенко В.А., Мигаль В.П., Файнер М.Ш., Чугай О.Н. / Письма в Журнал Технической Физики. - 1994. - Т. 20, № 10. - С. 71-75.

7. Фотопроводимость кристаллов селенида цинка в постоянном и переменном электрических полях / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Функциональные материалы. - 1994. - Т. 1, № 2. - С. 135-138.

8. Релаксационная поляризация в кристаллах селенида цинка при фотовозбуждении / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль. О.Н. Чугай / Физика и Техника Полупроводников. – 1995. - Т. 29, № 6. - С. 1065-1069.

9. Обратимые и необратимые изменения диэлектрических свойств кристаллов ZnSe, вызванные излучением СО₂-лазера / Ю.А. Загоруйко, В.К. Комарь, В.П. Мигаль, О.Н. Чугай / Физика и Техника Полупроводников. - 1996. – Т. 30, № 6. - С. 1046-1049.

10. Hereditary acoustic properties of zinc selenide crystals grown from melt / А.S. Gеrasimenko, V.К. Коmаr, V.P. Мigаl, О.N. Chugai / Functional Materials. – 1997. - V. 4, № 3. - Р. 392-395.

11. Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Спектры собственных упругих колебаний кристаллов селенида цинка // Неорганические материалы. – 1998. - Т. 34, № 7. - С. 800-803.

12. Мигаль В.П., Ром М.А., Чугай О.Н. Пьезоэлектрические текстуры поликристаллов селенида цинка // Журнал Технической Физики. - 1999. - Т. 69, № 2. - С. 141-143.

13. Диэлектрические свойства кристаллов Cd_1-xZn_xTe, выращенных из расплава / В.К. Комарь, В.П. Мигаль, Д.П. Наливайко, О.Н. Чугай / Неорганические материалы. – 2001. - Т. 37, № 5. - С. 1-4.

14. New compositions for chemical polishing of Cd_1-xZn_xTe crystals / Galkina O.S., Grebenyuk N.N., Dobrotvorskaya M.V., Nalivaiko D.P., Chugai O.N. / Functional Materials. – 2002. - V. 9, № 3. - Р. 463-465.

15. Investigation of localized states in cadmium zinc telluride crystals by scanning photodielectric spectroscopy / Komar V.K., Migal V.P., Chugai O.N., Puzikov V.M., Nalivaiko D.P., Grebenyuk N.N. / Appl. Phys. Letters. – 2002. - V. 81. # 22. – P. 4195-4197.

16. Мигаль В.П., Ром М.А., Чугай О.Н. Трансформация дефектной структуры и электрофизических свойств кристаллов селенида цинка под влиянием переменного электрического поля // Журнал Технической Физики. – 2003. - Т. 73, №. 10. - С. 134-138.

17. Собственные упругие колебания кристаллов ZnSe, выращенных из расплава / Чугай О.Н., Комарь В.К., Мигаль В.П., Абашин С.Л., Еселева Е.В., Науменко О.В., Сулима С.В. / Неорганические материалы. – 2004. – Т. 40, № 4. - С. 408-413.

18. Integral diagnostics of irreversible changes in power optical elements / Klimenko I.A., Komar V.K., Mygal V.P., Sulima S.V., Phomin A.S., Chugai O.N. / Functional Materials. – 2004. – V. 11, № 4. – P. 824-827.

19. Studies of photoactive states of isovalently doped ZnSe crystals by the method of scanning photodielectric spectroscopy / Ryzhikov V., Starzinskiy N., Chugai O., Migal V., Komar V., Katrunov K., Oleinik S., Zenya I. / Functional Materials. – 2004. – V. 11, № 3. - P. 563-566.

20. Electrophysical properties of metal-semiconductor-metal structures based on isovalently doped zinc selenide crystals / Chugai O., Ryzhikov V., Starzinskiy N., Oleynik S., Katrunov K., Zenya I. / Functional Materials. - 2004. – V. 11, № 4. - P. 684-688.

21. A Method to Study Uniformity of Electrophysical Properties of High-Resistance CdZnTe Crystals / Komar V.K., Chugai O.N., Abashin S.L., Nalivaiko D.P., Puzikov V.M., Sulima S.V. / IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2005. - V. 52, №. 5. - P. 111-116.

22. Оперативное определение качества кристаллов Cd_1-xZn_xTe для детекторов g–излучения по фотопроводимости / Герасименко А.С., Комарь В.К., Мигаль В.П., Наливайко Д.П., Олейник С.В., Сулима С.В., Чугай О.Н. / Неорганические материалы. – 2005. – Т. 41, № 3. - С. 1-4.

23. Олейник С.В., Чугай О.Н. Термодеполяризация естественно поляризованных поликристаллов селенида цинка // Письма в Журнал Технической Физики. – 2006. – Т. 32, № 16. – С. 56-61.

24. Способ определения остаточных напряжений в объекте из диэлектрического материала: А.с. 1404799 СССР, МКИ G 01 В 7/16/ Егоров Ю.А., Мигаль В.П., Рвачев А.Л., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) - № 3987271/25-28; Заявлено 05.12.85; Опубл. 23.06.88; Бюл. № 23. – 4 с.

25. Способ определения остаточных напряжений в объекте: А.с. 1360338 (СССР) МКИ G 01 L 1/24/ Веселовский В.А., Лещенко Н.Е., Мигаль В.П., Чугай О.Н. (CCCР) - № 4187832/24; Заявлено 19.01.87.

26. Способ определения однородности кристаллических объектов: А.с. 1507027 СССР, МКИ G 01 N 21/21/ Карпова А.П., Комарь В.К., Мигаль В.П., Чугай О.Н. (СССР) – № 4187860/24; Заявлено 02.02.87.

27. Способ определения остаточных напряжений в объектах из кристаллических материалов: А.с. 1543258 СССР, МКИ G 01 L 1/24/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) – Заявлено 31.08.97; Опубл.15.02.90; Бюл. № 6. – 4 с.

28. Способ определения остаточных напряжений в объектах: А.с. 1534341 СССР, МКИ G 01 L 3/24/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР). - № 4306095/24-10; Заявлено 14.09.87; Опубл. 7.01.90; Бюл. № 1. – 4 c.

29. Способ визуализации дефектов структуры в кристаллических объектах: А.с. 1721475 СССР, МКИ G 01 N 21/19/ Комарь В.К., Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (СССР) - № 4618627/25; Заявлено 12.12.88; Опубл. 23.03.92; Бюл. № 11. – 4 с.

30. Способ определения распределения неоднородностей структуры кристалла: А.с. 1772711 СССР, МКИ G 01 N 27/22/ Мигаль В.П., Ульянов В.А., Чугай О.Н. (CCCР) – Заявлено 23.02.90; Опубл. 30.10.92; Бюл. № 40. – 4 с.

31. Способ визуализации неоднородностей в кристаллических объектах: А.с. 1752061 (СССР), МКИ G 01 N 21/19/ Мигаль В.П., Комарь В.К., Чугай О.Н. (СССР) – Заявлено 05.06.90; Опубл. 23.03.92; Бюл. № 11. - 4 с.

32. Спосіб визначення залишкових напружень в п’єзоелектричних кристалах: Деклараційний патент на винахід 40763А (Україна), МКІ G 01 N21/23; Мигаль В.П. Чугай О.М., Клименко І.А. (Україна) - Заявлено 27.07.99; Опубл. 15.08.2001; Бюл. № 7.- 2 с.

33. Спосіб визначення розподілу неоднорідностей структури кристала: Деклараційний патент на винахід 62758А (Україна), MKI G 01 B11/16; Мигаль В.П., Клименко І.А., Фомін О.С., Рибалка І.А., Чугай О.М. (Україна). - Заявлено 19.05.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. №12. – 2 c.

34. Спосіб акустичної обробки п’єзоелектричних кристалічних матеріалів: Деклараційний патент на винахід 62757А (Україна), MKI 7 H 01 L21/00, H 01 L21/263; Мигаль В.П., Клименко І.А., Фомін О.С., Сулима С.В., Чугай О.М. (Україна). - Заявлено 19.05.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. № 12 – 3 с.

35. Спосіб визначення фотоактивних центрів в кристалічних матеріалах: Деклараційний патент на винахід 66107 (Україна), МКІ 7 G 01 N13/10; Абашин С.Л., Чугай О.М., Комар В.К., Мигаль В.П., Сулима С.В. (Україна). - Заявлено 28.07.2003; Опубл. 15.04.2004; Бюл. № 4. – 3 с.

36. Спосіб вимірювання приповерхневого електростатичного потенціалу: Деклараційний патент на винахід 65426 (Україна), МКИ 7 G 01 N13/10; Олійник С.В., Чугай О.М., Комар В.К., Мигаль В.П., Пузіков В.М., Сулима С.В. (Україна). - Заявлено 1.09.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл. № 3. – 3 с.

37. Диэлектрические свойства кристаллов ZnSe, легированных теллуром / Атрощенко Л.В., Галкин С.Н., Олейник С.В., Рыбалка И.А., Рыжиков В.Д., Чугай О.Н. / Авіаційно-космічна техніка і технологія (Харків). – 2003. – Т. 39, № 4. - С. 140-143.

38. Акустическая обработка функциональных материалов на частотах собственных упругих колебаний / Клименко И.А., Комарь В.К., Мигаль В.П., Сулима С.В., Чугай О.Н., Фомин А.С. / Авіаційно-космічна техніка і технологія (Харків). – 2003. – Т. 39, № 4. - C. 137-139.

39. Функциональное состояние кристаллов A^IIB^VI, используемых в экстремальных условиях / В.П. Мигаль, И.А. Клименко, О.Н. Чугай, А.С. Фомин / Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии (Харьков). – 2003. – № 20. – С. 102-107.

40. Олейник С.В., Ром М.А., Чугай О.Н. Анализ сложных частотних зависимостей диэлектрических потерь // Вісті академії інженерних наук України (Харків). – 2004. - № 4(24). - С. 167-171.

41. Билинский Ю.М., Мигаль В.П., Чугай О.Н. Влияние фотовозбуждения на тепловое расширение халькогенидов цинка // Тез. Докл. IV Всесоюз. совещ. «Методы и приборы для точных дилатометрических исследований материалов». - ВНИИМ, Ленинград. - 1988.- С. 118-119.

42. Structure and physical properties of ZnMgSe single crystals / Zagoruiko Yu.A., Fedorenko O.A., Kovalenko N.O., Chugai O.N., Rom M.A., Mateichenko P.V. / Proc. SPIE. Materials and Electronics for High-Speed and Infrared Detectors. – 1999. – V. 3794. – P. 96-104.

43. The big-size ZnSe single crystals for IR optics / Komar V.K., Gerasimenko A.S., Fainer M.Sh., Migal V.P. and Chugai O.N. / Abstr. of XI Int. Conf. on Crystal Growth. - Amsterdam (Netherlands), June 18-23. - 1995. - P. 763.

44. Radiation – induced changes in dielectric and photoelectric properties of A^IIB^VI crystals / Ryzhikov V.D., Starzinskiy N.G., Migal V.P., Chugai O.N., Komar V.K., Klimenko I.A., Katrunov K.A., Abashin S.L., Oleinik S.V., Sulima S.V., Rybalko I.A., Zenya I. / Proceedings of International conference «Functional materials» ICFM – Partenit (Crimea, Ukraine), October 6 – 11. 2003. – P. 137.