Nr 1 - ITME

Wpływ promieniowania jonizującego na własności optyczne...
Ujemna energia reakcji (6) w Tab. 2 dla YAP wskazuje, że nadmiarowe jony
glinu w roztopie są łatwiej gromadzone w krysztale, niż ma to miejsce dla nadmiaru
itru, a więc przy wzroście z roztopu o stosunku liczby Y : Al < 1 kryształ zawiera
więcej defektów genetycznych niż dla Y : Al > 1. Defekty antypołożeniowe mogą
powstawać także w przypadku roztopu stechiometrycznego na drodze reakcji wymiany
Y Y
3+
+ Al. Al
3+
+ Y Al
3+
Al Y
3+
[57]. Energia tej reakcji jest znacznie mniejsza niż
w YAG i wynosi 0,62 eV na jeden defekt. Obliczenia dopuszczają także tworzenie
w procesie wzrostu defektów Schottky’ego i par Frenkla, jednak ze względu na
stosunkowo duże energie tych procesów (E = 3,2 – 4,2 eV dla defektu Schottky’ego)
są one bardzo mało prawdopodobne.
Tabela 2. Możliwe reakcje prowadzące do tworzenia defektów w krysztale YAP [57].
Table 2. Reaction which can create defects in YAP crystal [57].
Nr
Reakcja
Energia aktywacji
[eV]
YAP YAG
1 Y 2
O 3
+2Al Al(a)
⇔Al 2
O 3
+2Y Al(a)
1,0 0,5
2 Y 2
O 3
+Al Al
⇔YAlO 3
+Y Al
0,25 -0,02
3 Y 2
O 3
+1/2Al Al(a)
+ 3/2Al Al(d)
⇔1/4Y 3
Al 5
O 12
+5/4Y Al(a)
0,04 -0,3
4 Al 2
O 3
+2Y Y
⇔Y 2
O 3
+2Al Y
1,5 2,9
5 Al 2
O 3
+Y Y
⇔YAlO 3
+Al Y
0,5 1,2
6 Al 2
O 3
+5/4Y Y
+ 3/2Al Al(d)
⇔1/4Y 3
Al 5
O 12
+5/4Al Y
-0,7 0,2
Kryształy otrzymane z roztopu zawierającego nadmiar atomów glinu w proporcjach
Y:Al1,005:1) zabarwienie brązowo-żółte [51]. Różne czynniki, w tym niekontrolowane
przechłodzenie kryształu podczas wzrostu, mogą prowadzić do segregacji
zanieczyszczeń i lokalnej fluktuacji wartości stosunku Y:Al w krysztale.
Jony ziem rzadkich zajmują w strukturze YAP pozycje itru, zaś jony grupy
żelaza pozycje glinu [1]. Domieszkowanie wpływa istotnie na proces defektowania.
Dla przykładu, domieszkowanie neodymem może prowadzić, na skutek
naprężeń wywołanych zniekształceniami sieci krystalicznej przez duże jony Nd 3+
(r (Nd 3+ ) ≈ 1,1⋅r(Y 3+ )) do tworzenia bliźniaków. Naprężenia te można zmniejszyć
lub wyeliminować przez współdomieszkowanie nieaktywnymi optycznie jonami
Lu 3+ (lokującymi się w pozycjach Y 3+ ), o współczynniku podziału zbliżonym do
neodymu (∼ 0,8) i promieniu jonowym mniejszym od itru [53]. Jony domieszek o
wartościowości różnej od +3 wymagają w YAP kompensacji ładunku, która może
być osiągnięta na drodze tworzenia różnego typu defektów punktowych (luk, jonów
międzywęzłowych lub antypołożeniowych) [57] oraz defektów kompleksowych
10