Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

В данной работе представлены результаты сравнительных исследований фотолюминесценции в номинально чистом конгруэнтном кристалле (LiNbO simiu. ), а также в кристаллах, состав которых близок к стехиометрическому, полученных по двум технологиям: из расплава с 58,60 мол. % Li 2 O (Li^O s^. ) и по технологии HTTSSG (high temperature top speed solution growth) [6, 7] из конгруэнтного расплава с добавлением флюса 6,0 вес. % К 2 О ^№О зстех. (6,0 мас. % K 2 O)). Все кристаллы выращены методом Чохральского в воздушной атмосфере на установке «Кристалл-2». Использовалась гранулированная шихта ниобата лития, синтезированная в ИХТРЭМС ФИЦ КНЦ РАН [8]. Методом высокотемпературного электродиффузионного отжига проводилась монодоменизация кристаллов с последующим контролем степени монодоменности методом импедансной спектроскопии и измерения величины статического пьезомодуля ( ^ зззст ) кристаллической були. Образцы для исследований имели форму прямоугольных параллелепипедов (размеры ~ 8 • 7 • 6 мм 3 ), ребра которых совпадали по направлению с кристаллографическими осями X , Y , Z ( Z — полярная ось кристалла). Грани параллелепипедов тщательно полировались. Регистрация спектров фотолюминесценции производилась спектрографом SL100M (Solar TII) с ПЗС-детектором (FLICCDML0673710) при комнатной температуре при возбуждении непрерывным He-Cd -лазером (Х возб. = 325 нм, 15 мВт). Для уменьшения случайных флуктуаций сигнала ПЗС-матрица охлаждалась элементом Пельтье до -з0 °С. Время экспозиции 1 сек. Ширина входной щели монохроматора 1 мм. Каждый фотолюминесцентный спектр исправлялся на фоновый сигнал. На рисунке представлены спектры фотолюминесценции кристаллов Li^O s^. , Li^O s^. (6,0 мас. % K 2 O) и LiNbO зконг. . Видно, что каждый спектр состоит из широкой полосы люминесценции в видимой области спектра и резкого подъёма в ближней ИК-области (> 700 нм). Максимум центральной полосы люминесценции смещается в зависимости от состава исследуемого кристалла: 527 нм для Li^O s^. , 613 нм для LiN^ s^m-. , 612 нм для ЫЖО зстех. (6,0 мас. % K 2 O). Форма люминесцентного гало является сложной, и разложение его на ряд индивидуальных полос люминесценции даёт в общем случае пять независимым полос свечения. В таблице приведены количественные характеристики спектров фотолюминесценции исследованных монокристаллов LiNbO 3 после разложения на ряд гауссианов. Каждая отдельная полоса связана с дефектом в кристаллической структуре исследуемых кристаллов LiNbO 3 . Центрам свечения в виде дефектов Nb Li в кристаллах LiNbO 3 соответствуют максимумы полос люминесценции при 510,0-520,0 нм [9]. Кроме того, в спектре поглощения отожжённого кристалла LiNbO 3 наблюдается максимум при 2,4 ­ 2,5 эВ (496-517 нм), природа которого связана с поглощением биполярона Nb Nb -Nb Li [1]. В [10] квантово-механические расчёты оптических переходов модели биполярона Nb Nb 4+ -Nb Li 4+ показали, что разрешены переходы при 2,s и 2,0 эВ (540 и 621 нм). Следовательно, полосы излучения при 510 ­ 527 и 611-61s нм можно связать с излучательной рекомбинацией с участием ниобия в позиции лития. Интенсивности данных полос люминесценции увеличиваются в ряду кристаллов LiNbO sстех. , UNbO so^ (6,0 мас. % K 2 O), LiN^ s^i-. , что свидетельствует о последовательном увеличении количества точечных дефектов Nb Li в этом ряду кристаллов. Учитывая, что количество дефектов Nb Li в конгруэнтном кристалле (6,0 мас. %) надежно определено в литературе [1], количество дефектов Nbu в кристаллах Li^O s^. , Li^O s^. (6,0 мас. % K 2 O) можно рассчитать по следующей формуле: где С стех и С конг — концентрация дефектов Nbu в кристалле; 1 стех и 1 конг — относительная интенсивность люминесцентного гало в видимой области фотолюминесцентного спектра в стехиометрическом и конгруэнтном образцах. Таким образом, концентрация дефектов в Nb Li в кристаллах Li^O s^. и иШО зстех. (6,0 мас. % K 2 O) составляет соответственно 1,5З и 2,98 мас. %. Однако в работе [4] установлено, что количество дефектов Nbu в кристалле ЫЖО зстех. (6,0 мас. % K 2 O) меньше, чем в кристалле относительно LiNbO зстех. . Расхождение результатов может быть обусловлено тем, что в структуре кристалла LiNbO 3 , выращенного по технологии HTTSSG из конгруэнтного расплава с 6,0 мас. % К 2 О, присутствуют другие центры свечения, которые вносят дополнительный вклад в общий люминесцентный сигнал. В качестве таких дополнительных центров свечения могут выступать дефекты, связанные с компенсацией заряда ниобия в позиции лития, такими как V Li и V Nb . В [4] указано, что по мере увеличения концентрации флюса K 2 O в расплаве происходит уменьшение концентрации Nb Li . При концентрации 6,0 вес. % K 2 O кристаллы получаются оптически однороднее относительно стехиометрического кристалла LiNbO 3 , выращенного из расплава с избытком Li 2 O. Однако данные кристаллы более склонны к оптическому 174