1. Sissejuhatus

Tahkistes olevate defektitsentreid ja nendega seotud termostimuleeritud protsesse on uuritud juba pikemat aega nii Tartu Ülikoolis kui ka mujal Eestis ja maailmas. Protsesside uurimisel on kasutatud selliseid nähtusi nagu termoluminestsents, termostimuleeritud juhtivus, termiliselt stimuleeritud elektronide emissioon, elektronide paramagneetiline resonants (EPR) jt.

Nende nähtuste mõõtmisest saadud tulemuste ja järeldustega on koostatud ja koostatakse mitmesuguseid skeeme ja mudeleid, mille järgi tsentritel tsentritel toimuvad laengute termiliselt stimuleeritud ülekandeprotsessid võiksid toimuda. Nimetatud ülekandeprotsessid võivad olla vägagi mitmekesised ja aset leida sedavõrd keerulisel viisil, et neid protsesse kirjeldavatel diferentsiaalvõrrandil või diferentsiaalvõrrandite süsteemil puudub analüütiline lahend, mistõttu ainus viis neid protsesse modelleerida ja võrrandeid lahendada on kasutada numbrilisi meetodeid.

Käesolevas töös vaadeldakse paramagneetiliste tsentrite termoionisatsiooni modelleerimist. Modelleerimise aluseks on EPR mõõtmistest saadud kontsentratsioonikõverad, millele otsitakse analüütilist või kui see ei õnnestu, siis numbrilist kirjeldust. Seoses sellega, et aluseks on võetud EPR meetod, kaasnevad ka mõningad piirangud, millest on juttu edaspidi. EPR on aluseks ka seepärast, et temaga on hästi detekteeritav paramagnetiliste tsentrite kontsentratsioon ja ta annab laialdast infot defektide struktuuri kohta. Seepärast ongi oluline kasutada ära EPR pakutavat infot, et lisaks otsestele järeldustele toimuvate protsesside kohta püüda meid protsesse modelleerida. Parameetrite muutmise ja võrrandisse uute liikmete lisamisega, mis iseloomustavad uut aspekti vaadeldavates protsessides, saada aimu protsesside mehhanismidest ja nende kulgemise suundadest ühe või teise muutuse mõjul. Mitte vähem tähtis pole ka selgitamine, kui suur tohib üldse olla katseviga, et katsepunktide käitumise järgi otsustada toimuvate protsesside üle.

Madalatemperatuurilisel ergastamisel haarab diamagneetiline defekt X elektroni e või defekt Y augu p, muutudes paramagneetiliseks ja EPR abil detekteeritavaks. Proovi soojendamisel vabastatakse elektron või auk soojusenergia kT mõjul:

(1.1)

(1.2)

Tsentri termoionisatsioon on elektroni siire tsentri põhinivoolt juhtivustsooni, auktsentri termoionisatsioon on elektroni siire valentstsoonist defekti põhinivoole. Mõlemal juhul muutub paramagneetiline tsenter diamagneetiliseks.

Kuna tsentri lagunemise modelleerimine on analoogne nii elektronide kui ka aukude korral, siis lihtsuse mõttes vaadeldakse edaspidi ainult elektronide siirdumist juhtivustsooni.

Tsentrilt vabanenud elektron võib juhtivustsoonis käituda väga mitmel viisil. Kui läheduses on mõni tsenter, mis on võimeline elektroni haarama, siis ei pruugi elektron juhtivustsooni kuigi kauaks jääda. Samuti võib elektron viibida juhtivustsoonis lühikest aega, kui toimub rekombinatsioon valentstsooni oleva auguga või rekombinatsioon auguga läbi teise tsentri. EPR spektris on siis näha, et selle tsentri kontsentratsioon, millelt elektron vabanes, väheneb. Kui elektron haardub teisel tsentril ja see tsenter muutub paramagneetiliseks, võib (kuid ei pruugi) spektris detekteerida selle teise tsentri kontsentratsiooni, mis seni võis konstantsena püsida, kasvamist samas temperatuurivahemikus. Elektron võib ka jääda püsima metastabiilsele nivoole, siis uuesti juhtivustsooni liikuda ja haarduda kas sellel tsentril, millelt ta esialgselt vabanes või mõnel teisel läheduses oleval tsentril. Siit tuleneb hiljem vaadeldud elektronide relakseerumise pika aja põhjus. Elektroni haardumine samale tsentrile, millelt ta esialgselt vabanes, kajastub selles, et kontsentratsiooni käik ei vasta enam kõige lihtsamale mudelile, vaid temperatuuri kasvamisel selle tsentri kontsentratsiooni vähenemine aeglustub samas temperatuurivahemikus võrreldes juhuga, kus tagasihaardumist pole.

Kuigi EPR kasutatakse peale elektroonsete protsesside muu hulgas ka ioonsete protsesside, mis on lihtsamad ja alluvad Arrheniuse mudelile paremini, uurimiseks, on käesolevas töös lähtealuseks valitud elektronprotsessid, sest nende kohta on olemas kohapealsed katseandmed, millest saadav info vajab töötlemist ja interpreteerimist.

Käesolevas töös seatakse järgnevad eesmärgid:

1. Selgitada, kas EPR kineetika baasil on võimalik termostimuleeritud protsesside kineetika kirjeldamiseks rakendatava Arrheniuse mudeli parameetrite üheaegne ühene määramine.

2. Täiendada Arrheniuse mudelit elektronprotsesside jaoks, mis katseandmete alusel ei allu lihtsale Arrheniuse mudelile, arvestades seejuures olulise protsessina elektronide tagasihaardumise võimalust ja selgitada, kuidas tagasihaardumine kajastub EPR kineetikas.

3. Lühidalt selgitada, kuivõrd mõjutavad analüüsi tulemusi katsevead, nt. süstemaatiline temperatuuriviga impulss-soojendamise korral.

Üles seatud Sun., 07.11.1999.
Viimati muudetud Sun., 07.11.1999 05:27 PM CEST
WWW-lehekülje kujundus, õigused, vastutus © Heiki Kasemägi, 1999