Негізгі белгілеулер

С – кристаллдың гексагональды осьі

D – диффузия коэфициенті

E – электр өрісінің кернеу веторы

E_d, E_a – акцептор мен донордың ионизация энергиясы

E_f – Ферми энергиясы

E_c және Ev – валентті аймақ пен өткізу аймағы

E_cv – тиым салынған аймақ ені

G – экситон байланысының энергиясы

∆G – ақау пайда болуының еркін энергиясы

H – магнит өрісінің кернеу векторы

/ - сәулелену үдемелігі

K,k – толқын векторлары

N_a, N_d – акцепторлар мен донорлар концентрациясы

N_c - өткізу аймағындағы жағдайдың эффективті қысымы

O_i – түйінаралық оттегі

R – газдық тұрақты

T – абсолютті температура

V_o, V_zn – оттегі мен мырыш бос орны

Zn_i – түйінаралық мырыш

Ao – экситонның Боровтық радиусы

E – электрон заряды

G – магнитті еру факторы

g₂ – экситон – фононды фрелиховтық арақатынас тұрақтысы

h – Планк тұрақтысы

j – ток тығыздығы

m_e, m_h – электрон мен тесіктің эффективті массасы

m_N – жағдай тығыздығының эффективті массасы

m_o – бос электрон массасы

m_e – электронның поляронды массасы

n - өткізу аймағындағы электон концентрациясы; кванттық сан

p – валенттілік аймағындағы тесік концентрациясы

P_zn,О₂ – мырыш пен оттегі буларының қысымы

k – Больцман тұрақтысы

R – шағылу коэфициенті

α – жұту коэфициенті

o – электр тұрақтысы

on – оптикалық диэлектрліқ өткізу

ct – статикалық диэлектрлік өткізу

Ө - үлгілерді алдын – ала өңдеу температурасы

λ – толқын ұзындығы

μ – заряд тасымалдағыштардың қозғалғыштығы

μэ – экситонның келтірілген массасы

p – үлестік қарсыласу

σ – үлестік электрөткізгіштік, электрон мен тесіктің эффективті массасының қатынасы

σ – сәулелену жолының интегралды интенсивтілігі

Кіріспе

Әртүрлі қызықты физикалық және химиялық қасиеттерге ие мырыш тотығы (жоғарғы балқу температурасы және жылуөткізгіштігі, ультракүлгін сәулену жұту қасиеті, жоғары фотосезімталдығы, интенсивті люминесценция, көбінесе ерекше пьезо- және пироэффект, беткі қабаттағы газ адсорбциясы және т.б) электронды және ғарыштық техникада, химиялық өндіріс пен медицинада кең қолданысқа ие. Мырыш тотығын пайдаланудың көпқырлылығы соншалық, Қорғасын мен мырыш бойынша Халықаралық зерттеу ұйымы (ҚМХЗҰ) осы сұрақ бойынша арнайы монография жариялау қажет деген шешімге келді(1). Әрине, мырыш тотығын пайдалану кристаллдар структурасы мен осы қосылысты пайдалануға мүмкіндік беретін оның ішкі процесстерін түсінуге байланысты. Осы жоспар бойынша, біздің ойымызша, немістердің жақында шыққан монографиясы айтарлықтай пайдалы (2), онда ерекше назар ZnO беткі қасиеттеріне аударылған.

Берілген кітап аталған басылымдарға ((3) қараңыз) қосымша болып табылады және қосылыстарды алудағы мәселелерге, оның өзіндік және қоспалық ақауларының пайда болуын зерттеуге, сонымен қатар оптикалық процесстер мен мырыш тотығын пайдалануды зерттеуге арналған. Кейбір дәрежеде берілген монография авторлардың мырыш тотығының оптикалық қасиеттерін зерттеу кезінде және монокристаллдарды алу барысындағы нәтижелерді жалпылауы болып табылады.

ZnO – ны, осы қызықты материалды пайдалану мен зерттеуге арналған қазіргі заманғы жыл сайын басылымдардың барлығын қарап шығу мүмкін еместігі белгілі. Сол себепті авторлар осы кітапта айтылған сұрақтар бойынша өзгерістерді ескертіп отыратын барлық әріптестеріне алдын – ала рахмет айтады.

Мырыш тотығы қатты дене физикасын фундаменталды ғылыми зерттеу аймағындағы әмбебап материал болғандықтан, осы ерекше қосылыс туралы мәліметтер физика және химия жартылайөткізгіштері бойынша жұмыс істейтін мамандарға пайдалы болады деп үміттенуге болады.

Авторлар кітап редакторы, профессор И.К.Верещагинге пайдалы сын мен айтылған ескертулері үшін, профессор К.В.Шалимовке, геология – минералдық ғылымдар кандидаты В.А. кузнецовқа және физика – математика ғылымдарының кандидаты А.И.Терещенкоға, П.Г.Паськоға, А.О Лазаревскаяға, Е.Е.Комароваға жұмыс кезіндегі көмегі мен қолдау көрсеткендері үшін алғысын білдіреді.

1 Теориялық бөлім

1. Мырыш тотығының жалпы қасиеттері

Мырыш тотығы – бұрыннан және жақсы белгілі қосылыстардың бірі, ол өндірістің, техника мен медицинаның әртүрлі аймақтарында кең қолданылады[1]. Физикалық және химиялық қасиеттерінің көптігі мен әртүрлілігі, мысалы, анизотропты кристаллдық структура, қосылыстың нестехиометрикалық құрамы, тыйым салынған кең аймақтағы жартылай өткізгіштік қасиеті, люминесценттік қасиеттері, фотоөткізгіштік, фотогальваникалық және фотохимиялық қасиеттері, түсетін жарық толқынныың ұзындығына байланысты ақ және қара пигменттердің қосылыстарының қасиеттерінің (көрінетін аймақтағы жақсы көріну қасиеті мен спектрдің ультракүлгін аймағында қатты жұтылу), лазерлік және электрооптикалық әсер, пьезо- және пироэффектілердің күштілігі, сызықтық кеңеюдің төмен коэфициенті, каталитикалық белсенділік, бұзылумен сублимациялану қасиеті, амфотерлік химиялық қасиеттір және т.б.бұл материалды шынында да ерекше қылады[1 - 26].

Кейінгі уақытта мырыш тотығын пайладану аймағыайтарлықтай кеңеюде, ол металлургияны, ғарыштық техниканы, акусто-, микро-, оптоэлектрониканы, электрофотосуреттер, фотокөшірме, люминофор өндірісі, фотоэлементтер, аккумулятор батареялар, жанармай элементтері, катализаторлар, газ детекторлар, композициялық және полимер материалдар дайындау, цемент, шыны, керамика, пигмент пен бояу салаларында да көп қолданылуда[1].

Мырыш тотығы, мысалы, акустоэлектронды күшейткіштер дайындаудаперспективті материал болып табылады, ол үлкен толқындарда жұмыс істеуге қабілетті. 0,6 – 2,4 ГГц диапазонындағы акустикалық толқын күшейткіші 20 дБ күшеюді қамтамасыз етіп отырады [21]. Қазіргі уақытта акустоэлектронды генератор (АЭГ) жасауда қолданылатын пьезожартылай өткізгіш материалдар арасында ең жақсысы мырыш тотығы болып табылады, себебі электромеханикалық байланыстардың коэфициант мәндерінің жоғарылығы арқасында ( белгілі пьезожартылайөткізгіштердің арасында өткізгіш толқын үшін жоғары мән К – 0,41) акустикалық толқын мен бі орында тұратын тасымалдағыштар арасында жоғары эффект алуға мүмкіндік береді [21]. АЭГ өте жоғары жиілікті (ӨЖЖ) модульденген жиілікті тасымалдағыш ретінде, температураны, жарық пен кернеуді өте жоғары жиілікті модульденген сигналға айналдыра алатын телеметрикалық тасымалдағыш.

Мырыш тотығы сондай – ақ жоғары жиілікті тоқтату желілерінде түрлендіруші ретінде, ғарыштық ұшу аппараттарын жабуға арналған жылулық тексергіші бар қаптар, дефектоскоп дайындауда, жоғары температуралы пьезоакселерометрлер (Т ≤500С ), генераторлар мен қатты денелердегі гипердыбыстық толқын индикаторлары, кең жолақты фильтрлер, жад элементтерін, кең толқынды түзеткіштер, каналды триодтар, варикаптар, жарық көздері, оптикалық толқындар, инерциясыз сцинцилляторлар, төменгі волттық катодты люменесценсті құралдарды, инфрақызыл сәулелерді көрінетін сәулелерге айналдырушы, лазерлік сәуле модуляторлары мен көздері және басқа да қатты денелі электроника құралдарының типтерін жасауға қолданылады [1 – 9, 11 – 17, 20 - 26]. Мырыш тотығын мұндай кең пайдалану оның поликристаллды қосылыс (ұнтақ тәрізді) және монокристалл мен монокриссталдық қабатша ретінде алуды талап етті. Мырыш тотығының ұнтақтәрізді поликристаллын алу алу мен синтездеу белгілі бір дәрежеде жақсы игерілген, ал монокристалл мен монокристаллдық қабатша алу көп жерде біртекті, үлкен көлемдегі, белгілі бір қасиеттері бар қабатшалар мен криссталдар алуда үлкен қиындықтарға тап болуда. Бұл қиындықтар ZnO кристаллдарының қасиетінің табиғатын жеткілікті түсінбегендікпен және қосыдыстардың спецификалық химиялық қасиеттермен шартталады, мысалы, жоғарғы балқу температурасы, ZnO дисассоцияциясымен сипатталатын интенсивті айналдыру, көптеген материалдардың жоғарғы температурасына химиялық активтілігімен және т.б байланысты. Дегенмен, ZnO кристаллдары мен кристаллдық қабықшаларын алудың бірнеше әдістері бар, олар практикалық мақсаттарға қолдануға жарамды (2 бөлімді қараңыз).