Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
I - X = 1,064 мкм; 2 - X = 1,079 мкм
Рис. 9.44. Зависимость угла конуса излучения ВГ векторного (оо-е) синхронизма от параметра решетки с для кристаллов ниобата лития:
1 - X- 1,064 мкм; 2 - X = 1,079 мкм
9.9. ПЕРЕНОС ЗАРЯДА И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КИСЛОРОДНО-ОКТАЭДРИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ
Механизм переноса заряда и электропроводности кислородно-октаэдрических кристаллов различны в различных интервалах температур. Температурная зависимость электропроводности этих кристаллов описывается экспонентами а = а0ехр( Н/кТ) с различными значениями Яио0 для различных интервалов температур. Выделяются три таких интервала:
1. Высокотемпературный (Г > 900...1000 К), в котором величина Н составляет 2...3 эВ. Электропроводность в этом интервале температур имеет ионный характер. Носителями заряда при этих температурах могут быть вакансии кислорода или катионы щелочных металлов в зависимости от стехиометрии и давления паров компонент.
2. Средние температуры (Г > 500...900 К). Энергия активации
электропроводности в этом интервале составляет 1_1,5 эВ, а меха-
низм электропроводности является электронным, примесным.
3. Низкотемпературная электропроводность (Т < 500 К), характеризующаяся низкой энергией активации (Я = 0,1.. .0,4 эВ).
Наиболее полно механизм электропроводности изучен на кристаллах LiNb03. Поведение электропроводности в этом кристалле во многом типично для кислородно-октаэдрических кристаллов, хотя и имеет некоторые особенности. При Т > 1000 К и атмосферном давле-228
нии кислорода энергия активации электропроводности стехиометрического ниобата лития равна 2,15 эВ [103, 104], а для кристаллов, выращенных с недостатком или с избытком лития, 2,32 и 3,07 эВ соответственно [105].
На электропроводность сильное влияние оказывают режим и состав атмосферы при термообработке. Под действием восстановительного отжига электропроводность, измеряемая при 800...1500 К, возрастает на несколько порядков, а энергия активации уменьшается.
При Т > 1000 К и парциальном давлении кислорода р0 =1105 Па
электропроводность зависит от давления паров лития, как а~Ри-Измерение чисел переноса показывает, что носителями заряда при этих температурах являются ионы Li+ [104]. Очевидно, это является особенностью ниобата лития, в котором Li+ - катион малого радиуса
- может быть достаточно подвижным. При снижении давления кислорода до Pq2 < 10 6 Па давление паров лития перестает влиять на
электропроводность и появляется зависимость электропроводности
-1/4
от давления кислорода ст « pQ^ [ЮЗ, 104]. Это свидетельствует о
влиянии кислородных вакансий - V0, но не на ионную, а на электронную составляющую электропроводности, так как V0 являются донорами. В этом случае концентрация носителей заряда определяется равновесием О0 <-» V0 + е + — О2 (газ). Экспериментальной зависи--1/4
мости ст « pQ соответствует модель единожды ионизованнои кислородной вакансии.
В широком температурном интервале от 150...200 до 700...800 °С электропроводность ниобата лития характеризуется близкими значениями энергии активации: Н = 1______1,5 эВ (значения Н несколько
варьируются в этих пределах при отклонении от стехиометрии и наличии примесей), хотя механизмы переноса заряда, возможно, неодинаковы во всем этом интервале. При 350 °С < Т < 700 °С проводимость ниобата лития остается ионной и имеет примесную природу [103 - 107]. В интервале температур 150. ..400 °С электропроводность ниобата лития большинство исследователей считают электронной. Электроны возбуждаются в зону проводимости с уровней в запрещенной зоне, создаваемых примесями или собственными точечными дефектами [108 - 110].
При температурах, меньших 150...200 °С, механизм переноса заряда меняется и величина энергии активации электропроводности снижается до 0,34...0,14 эВ [109, 111] для номинально чистых кристаллов. При этих температурах наблюдается большой разброс зна-
229
чений энергии активации, что связано, во-первых, с тем, что температуры изменения механизма электропроводности различаются в различных кристаллах, и, во-вторых, тем, что при низких температурах (Т < 100 °С) измерение электропроводности сильно затрудняется из-за пироэффекта. Токи смещения в этом интервале температур даже при очень малых колебаниях температуры (10-'...Ю-2 °С/мин), неизбежных при термостатировании, сравнимы с токами сквозной проводимости. Для измерения электропроводности ниобата лития при температурах, близких к комнатной, используют косвенные методы. Например, энергию активации электропроводности оценивали: а) по кинетике изменения оптической неоднородности ниобата лития под действием электрического напряжения [112]; б) путем экстраполяции времени нарастания двупреломления при освещении лазерным пучком к нулевой интенсивности света [113]; в) по времени самосгирания голограмм [114]; г) по кинетике экранировки приложенного к кристаллу внешнего электрического поля свободными носителями заряда, которая регистрировалась по изменению двулучепреломления [115]. Общим недостатком косвенных методов изучения электропроводности является то, что все они связаны с двумя шагами опосредования: от измерения двулучепреломления к измерению электрического поля в кристалле и от него - к измерению электропроводности.
