3. Методики досліджень монокристалів телуриду кадмію

У даній роботі досліджувались монокристали телуриду кадмію, леговані домішкою хлору з концентрацією домішки N_Cl = 5∙10¹⁸ см^-3. Обидва краї вирощеного злитку було видалено, а частину яка залишилась, задля того, щоб отримати інформацію про фізичні властивості вздовж усього злитка, було розділено на 4 області (область А, В, С та D). З кожної області стандартною методикою шліфування, полірування та травлення було виготовлено по одному зразку, найменування яких проводилось по порядку, починаючи з зразка області А. Тобто, ми отримали 4 зразки: зразок №1 (область А), зразок №2 (область В), зразок №3 (область С) та зразок №4 (область D), які і досліджували у подальшому. Товщина усіх зразків становила 1.24 мкм.

1. Дослідження фотолюмінесценції

Для оцінки енергетичної та фізичної структури отриманих монокристалів СdТе:Сl було прове­дено дослідження фотолюмінесценції в ділянці дов­жин хвиль 7501000 нм при температурі 4.2 К областей 3 та 4. Для збудження використовували гелій-неоновий ла­зер (А = 632.8 нм) потужністю Р = 40 мВт і діамет­ром світлового пучка 0.1 мм.

В якості диспергуючого приладу використовували або монохроматор SРМ –2 (для запису широких смуг домішкової ФЛ), або спектрометр СДЛ – 1 (для виявлення структури ліній екситонної ФЛ). Спектрометр складається з подвійного монохроматора зі змінними дифракційними решітками. Оптично збуджене у досліджуваному зразку свічення направлялось на вихідну щілину монохроматора, а з вихідної цілини на фотоприймач і реєструючу систему. Низькотемпературні дослідження проводили з допомогою терморегулюючої системи “УТРЕКС”, котра дозволяє стабілізувати температуру зразків в діапазоні 4,5 – 300 К з то Розглянемо будову терморегулюючої системи УТРЕКС[2 Франів ].

Головними вузлами уніфікованої терморегульованої кріостатної системи (УТРЕКС) є:

1. кріостат – прилад, у якому безпосередньо відбувається кріостатування зразка;

2. регулятор кріостатування (РК) забезпечує управління швидкістю продування насичених парів рідкого гелію через робочу камеру;

3. блок електронного керування (БЕК), який керує роботою механічного регулятора кріостатування і пічкою;

4. вимірний блок (ВБ) порівнює сигнал датчика температури з опорним сигналом для виділення сигналу помилки.

Регулятор кріостатування складається з регулятора швидкості потоку парів газоподібного гелію, клапана постійного тиску, клапана зниження тиску.

Блок електронного керування підсилює сигнал помилки і подає його на електронний ключ, який залежно від полярності сигналу включає або електромагнітний клапан, або пічку.

Вимірний блок складається з диференційної термопари або термометра опору, двоплечового вимірного потенціометра (міст Р-3009) або подібного приладу. Принцип роботи системи див. на Рис. 12

Підготовка системи до роботи передбачає такі головні етапи:

1. перевірка системи на герметичність;

2. відкачування вакуумної порожнини до P=10^-2-10^-2 мм рт. Ст.;

3. заливання рідкого азоту;

4. заливання рідкого гелію;

5. вихід на робочий режим кріостатування.

Після заповнення газом клапана постійного тиску тиском P_K>P магістралі газ виходить через регулятор швидкості потоку у випадку охолодження робочої камери і тільки через постійний клапан у випадку нагрівання робочої камери (постійний та імпульсний голчасті вентилі). Головні технічні параметри системи УТРЕКС-1:

1. діапазон кріостатування 4,2 – 300,0 К;

2. точність установлення температури ± 0,1 К;

3. максимальна витрата кріоносія 0,3 л/год;

4. ємність у кріостаті рідкого кріоносія ≈ 2л.

Кріостат складається з двох головних частин – уніфікованої і спеціальної. Уніфікована частина слугує для живлення термостатованої робочої камери кріоносієм. Наведений нижче опис стосується кріостата для оптичних і спектральних досліджень у ділянці довжин хвиль 0,2 – 2,0 мкм. Схема його зображена на Рис. 3.

У вакуумній порожнині кріостата, обмеженій зовнішніми стінками, змонтовані такі кріостатні вузли:

1) Вузли радіаційних екранів (зовнішній 14, внутрішній13 ), охолоджувані рідким азотом. Вони захищають деталі кріостата, що мають температуру нижче 77 К, від променистого теплообміну з зовнішніми теплими вузлами і трубою підвісу робочої камери 9. В азотному баці 5, на який монтують радіаційні екрани, міститься абсорбційна помпа 6;

Рис. 11. Схема терморегульваногогелієвого кріостата для оптичних досліджень.

2) вузол системи живлення робочої камери складається з бака 12. У середині вузла є два забірні пристрої, один з них має отвір у нижній частині бака. Його перекриває голчастий вентиль 4, інший має отвір на верхньому кінці трубки. У випадку роботи на низьких температурних рівнях робочої камери чи за великих теплових виділень від зразка необхідно відводити кріоносій у вигляді рідини з нижньої частини бака з відкритим вентилем. Відведення кріоносія у вигляді пари через отвір з закритим вентилем дає змогу одержати вищий ступінь стабілізації температури в робочій камері. У гелієвому баці встановлений поплавець 11 механічного покажчика рівня рідкого гелію. Блок електронного регулювання та індикаторний пристрій 8 змонтовані ззовні кріостата;

3) вузол робочої камери – це теплообмінний пристрій, призначений для подавання потокові кріоносія необхідних температурних характеристик, щоб підтримувати в робочій камері заданий режим. Кріоносій проходить через змійовик 1, напаяний на стінку камери, надходить у розсіювач, змонтований у днищі камери, і входить у робочу камеру. На зовнішню поверхню змійовика накладений нагрівач. Робоча камера оснащена спеціальними вікнами 17 із плавленого кварцу чи сапфіру. Вікна є прозорими у діапазоні температур 0.3 – 400,0 К. Ззовні кріостата міститься відкачувальний патрубок 7 з запірним вентилем, що призначений для приєднання форвакуумної помпи в разі вакуумування порожнини кріостата.

На Рис. 13 зображено розміщення енергетичних рівнів у забороненій зоні монокристалу телуриду кадмію згідно [21].

Рис. 12. Розміщення рівнів в забороненій зоні CdTe