Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2022(13))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022. Т. 13, № 1. С. 235-240. Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2022. Vol. 13, No. 1. P. 235-240. Образцы для исследований имели форму прямоугольных параллелепипедов (размеры ~ 8 • 7 • 6 мм3), ребра которых совпадали по направлению с кристаллографическими осями X, Y, Z (Z — полярная ось кристалла). Для снятия термоупругих напряжений и накопления поверхностного заряда грани параллелепипедов тщательно полировались. Спектры фотолюминесценции были зарегистрированы с помощью спектрографа SOL SL-100M с ПЗС-детектором FLI ML 1107 Blackllluminated (Hamamatsu). Спектральный диапазон измерений составлял от 380 до 700 нм. В качестве источника возбуждения использовался непрерывный He-Cd-лазер (^возб. = 325 нм, 15 мВт). Измерение спектрально-температурных зависимостей фотолюминесценции проводилось в диапазоне от 30 до 90 °С с шагом 5 °С. Каждый фотолюминесцентный спектр исправлялся на фоновый сигнал. Спектры фотолюминесценции исследованных кристаллов представлены на рис. 1. В видимой области наблюдается широкое асимметричное гало люминесценции, положение которого зависит от концентрации легирующей примеси и метода легирования. В номинально чистых кристаллах ЬіЫЬОзк-н, и Ы№Озстех. и слаболегированных кристаллах LiNbO 3 : Zn (0,07 мол. %) и LiNbO 3 : Mg (0,19 мол. %) главный максимум наблюдается при ~ 600 нм. Данный максимум обусловлен излучательной рекомбинацией собственных дефектов [7]. Согласно рентгеноструктурным исследованиям [ 8 ], в кристалле LiNbO 3 конгруэнтного состава наблюдаются избыточные атомы ниобия, которые изоморфно внедряются в регулярные литиевые позиции. С повышением стехиометрии концентрация дефектов NbLi уменьшается, и в кристалле LiNbO 3 стехиометрического состава она минимальна. Данный дефект, являющийся глубокой электронной ловушкой, образует стабильную синглетную биполяронную пару NbNb — NbLi. Согласно работам [2, 9], его оптический переход находится в видимой области спектра (при 2,0-2,5 эВ). Кроме того, дефект NbLi выступает в качестве полярона малого радиуса (“bound polaron”), излучение которого наблюдается в области поляронной люминесценции ближнего ИК-диапазона [10]. Регулирования количества дефектов NbLi можно добиться путём выращивания кристалла из конгруэнтного расплава с добавлением легирующего оксида металла (ZnO, MgO и др.) [ 6 ]. Легирующий катион Ме2+ встраивается в позиции лития с вытеснением избыточного ниобия вплоть до полного исчезновения дефектов NbLi при Mg = 3 ат. %, Zn = 5,2 ат. % [2, 3]. Таким образом, в номинально чистых и слабо легированных цинком и магнием кристаллах ниобата лития основная доля излучения приходится на центр свечения в виде биполяронной пары NbNb — NbLi. В кристалле LiNbOзконг. преобладает интенсивность свечения (на ~ 83 %) относительно кристалла LiNbOзстех.. Наличие в кристалле LiNbO 3 цинка и магния приводит к уменьшению свечения биполяронной пары NbNb-NbLi на 58 и 36 % вследствие уменьшения количества дефектов NbLi. Рис. 1. Спектры фотолюминесценции кристаллов ниобата лития: а — LiNЬOзстех. (1), LiNbOзконг. (2); б — LiNbOs : Zn (0,07) ( 1 ), LiNbOs : Zn (4,52) ( 2 ), LiNbOs : Zn (4,69) (3); в — LiNbO 3 : Mg (019) (1), LiNbO 3 : Mg (5,29) (2), LiNbO 3 : Mg (5,29 мол. %, гомогенное легирование) (3) © Смирнов М. В., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., Пикулев В. Б., 2022 237