ВІДДІЛ РАДІАЦІЙНОЇ ФІЗИКИ

    Засновником і першим керівником відділу радіаційної фізики був д.т.н., проф. Іван Дмитрович Конозенко (1907 - 1997). Відділ створено в 1960 р. як підрозділ Інституту фізики АН УРСР (у 1970 р. увійшов до складу Інституту ядерних досліджень АН УРСР). Тривалий час (1978 - 2015) відділом керував д.ф.-м.н., проф. Петро Григорович
Литовченко. З 2015 р. і дотепер завідувачем відділу є д.ф.-м.н. Галина Петрівна Гайдар.

 

 

 

І. Д. Конозенко

П. Г. Литовченко

Г. П. Гайдар

    Основним науковим напрямком відділу, очолюваного І. Д. Коно­зенком, було дослідження фізичних явищ і структурних порушень у твердих тілах, спричинених дією радіації, а також розробка напівпровідникових детекторів ядерних випромінювань. У відділі активно вивчався вплив різних видів випромінювання на зміни електрофізичних властивостей напівпровідникових матеріалів залежно від типу та концентрації легуючих і супутніх домішок. Проведення зазначених науково-дослідних робіт мало на меті пошук методів підвищення радіаційної стійкості приладів, що було актуальним не лише для розвитку космічних досліджень, а й для забезпечення належної обороноздатності країни.
    Протягом багатьох років, починаючи з фізичного пуску ядерного реактора (12 лютого 1960 p.), у відділі радіаційної фізики проводили наукові дослідження з радіаційної фізики атомарних (Si, Ge) і бінарних (GaP, GaAs, InSb, CdTe) напівпровідників, вивчали природу й поведінку дефектів, наведених швидкими і тепловими нейтронами реактора, досліджували кінетику перебудови дефектно-домішкових комплексів у процесі радіаційно-термічних обробок, проводили вивчення електрофізичних і термоелектричних властивостей розупорядкованих напівпровідників. Отримано фундаментальні результати стосовно природи радіаційних процесів у напівпровідниках, установлено їхній зв’язок із домішками та структурними дефектами, що дало змогу прогнозувати зміни параметрів напівпровідникових приладів. Одержані результати були фізичним підґрунтям для створення детекторів ядерних випромінювань, підвищення радіаційної стійкості приладів на основі напівпровідників та збільшення терміну їхньої експлуатації в полях ядерних випромінювань.
    Велику увагу приділяли дослідженню монокристалів кремнію, який упродовж тривалого часу був і залишається на сьогодні основним матеріалом для виробництва багатьох елементів електронної техніки. Вивчення кінетики виникнення і накопичення радіаційних дефектів у кремнії n? і р?типу провідності, вирощеного різними способами, залежно від дози опромінення і виду радіації дало можливість зробити висновок про високу радіаційну стійкість кремнію р?типу, одержаного методом безтигельної зонної плавки (І. Д. Конозенко, В. І. Хіврич, М. І. Старчик).
    Показано, що у звичайному технічному кремнії з великими концентраціями легуючої домішки та кисню за будь-якого виду опромінення концентрація носіїв заряду (при 300 K) зменшується і рівень Фермі зміщується до середини забороненої зони. В особливо чистому кремнії р-типу спостерігається збільшення концентрації зарядів з дозою гамма-опромінення з подальшим виходом на насичення. При цьому рівень Фермі займає граничне положення в забороненій зоні. Особливо чистий кремній n-типу в разі гамма-опромінення конвертує в р-тип. Зі збільшенням дози опромінення провідність зростає і виходить на насичення, а рівень Фермі займає граничне положення.
    Установлено, що в разі нейтронного опромінення особливо чистого кремнію основними дефектами, які впливають на електропровідність і час життя носіїв заряду, є області розупорядкування. У процесі відпалу відбувається розпад зазначених областей, що призводить до утворення дивакансій і виходу рівня Фермі на граничне положення (І. Д. Конозенко, В. І. Хіврич, А. К. Семенюк).
    Уперше було виявлено явище перемикання електричної пам’яті й аномальної фотопровідності в сильнолегованих і компенсованих власними дефектами монокристалах CdTe (В. І. Хіврич, Л. П. Дідковський).
    Досліджено структурні недосконалості низки напівпровідників (Si, Ge, GaAs, SiC) і складних напівпровідникових систем на їхній основі залежно від технології отримання їх, характеру й дози опромінення частинками високих енергій, а також від термообробки. Визначено типи дефектів структури, що спостерігаються в цих кристалах, їхній розподіл і концентрацію. Установлено зв’язок зазначених дефектів зі зміною оптичних, електричних та інших фізичних властивостей досліджуваних кристалів. Результати досліджень, отримані у відділі, надалі передавали на завод чистих металів (м. Світловодськ), а також до Київського політехнічного інституту (Л. Г. Ніколаєва, М. І. Старчик).
    Установлено закономірності змін електричних, оптичних і люмінесцентних властивостей кристалів GaAs, GaP і твердих розчинів на їхній основі в разі опромінення електронами з енергіями від 1 до 50 МеВ, гамма-фотонами 60Со і нейтронами реактора. Показано, що в деяких випадках радіацію можна застосовувати для отримання кристалів із заданими властивостями (концентрацією носіїв заряду, однорідністю, фоточутливістю) та для поліпшення характеристик GaAs і GaP світлодіодів (Е. Ю. Брайловський, В. П. Тартачник).
    Досліджено радіаційні пошкодження в монокристалах CdS у разі опромінення гамма-квантами 60Со, швидкими електронами і нейтронами реактора, запропоновано моделі процесів, що пояснюють особливості електричних і оптичних властивостей опромінених кристалів. Установлено температурні області стабільності різних радіаційних дефектів у CdS і визначено енергії активації їхнього відпалу, запропоновано моделі перебудови радіаційних дефектів у процесі відпалу. Показано, що в результаті опромінення InSb високоенергетичною радіацією утворюються дефекти з глибокими донорними і акцепторними рівнями в забороненій зоні.
    Показано принципову можливість використання потужних потоків гамма-радіації для радіаційного матеріалознавства. Найбільш важливим у цих дослідженнях було те, що ефект зміцнення не супроводжувався погіршенням пластичних властивостей сплаву. А той факт, що опромінення гамма-радіацією не викликає ефекту наведеної радіоактивності, який зазвичай спостерігається в разі опромінення ядерними частинками, відкривав широкі перспективи впровадження результатів зазначених досліджень у промисловість (І. Д. Конозенко, С. П. Половнева, В. Н. Дробязін, Г. А. Солдатенко). І. Д. Конозенком було виявлено низку особливостей впливу радіації на процеси кристалізації металів і сплавів.
    Вивчалися електрофізичні й рекомбінаційні властивості високочистих монокристалів германію і кремнію, які застосовували в подальшому для виготовлення детекторів ядерних випромінювань, а також спектри поверхневих електронних станів, створюваних при обробках, які використовували в технології виготовлення детекторів. Розроблено детектори ядерних випромінювань: dE/dx-детектори, гамма-спект­рометри на основі германію, компенсованого літієм, позиційно-чутли­ві детектори, що дають одночасно інформацію про енергію і місце попадання частинок (Л. І. Барабаш, С. В. Бердниченко, П. Г. Литов­ченко, 1967 - 1980). Одержані у відділі детектори за своїми параметрами не поступалися аналогічним детекторам, виготовленим за кордоном. Розроблено також прилади типу дистанційних безконтактних вимірювачів потоків теплової радіації.
    У 1978 р. І. Д. Конозенко, якому виповнилося на той час 71 рік, передав відділ к.ф.-м.н. П. Г. Литовченку, а сам залишився працювати в якості наукового консультанта. У відділі продовжено роботи з вивчення впливу домішок на кінетику введення радіаційних дефектів і з’ясовано вплив останніх на преципітацію кисню. Установлено, що в опроміненому кремнії відбувається скорочення часу преципітації кисню, що зумовлено додатковим уведенням зародків преципітатів за участю первинних радіаційних дефектів, створених опроміненням. Виявлено, що подібні утворення спричиняють гетерування домішок і дефектів у кремнії і суттєво покращують його якість, що важливо враховувати у процесі виготовлення напівпровідникових приладів.
    Установлено, що в опромінених швидкими нейтронами реактора і термооброблених при 800 °С зразках кремнію спостерігається зменшення концентрації дефектів і збільшення їхнього розміру, що може бути пов’язано з явищем коалесценції. З’ясовано, що складні радіаційні дефекти типу областей розупорядкування суттєво не впливають на швидкість преципітації кисню в термообробленому при 1000 °С кремнії.
    У результаті проведених досліджень виявлено, що в опроміненому нейтронами кремнії після відпалу при 800 оС спостерігається парамагнетизм. Подальший відпал кристалів призводить до зростання магнітної сприйнятливості на основі утворення киснево-кремнієвих преципітатів і структурних дефектів. Дослідження дозових залежностей концентрації та рухливості носіїв заряду у високоомному кремнії, опроміненому протонами з енергією 24 ГеВ, показали, що значний вплив на їхні характеристики створюють не лише точкові дефекти, але також і кластери дефектів.
    Плідними виявилися дослідження радіаційних ефектів у надчистому кремнії. На основі вивчення впливу швидких нейтронів на оптичні властивості кремнію було запропоновано відносно простий спосіб вимірювання флюенсів нейтронів у межах 1015 - 5 ? 1018 нейтрон/см2. Результати вивчення особливостей дефектоутворення у надчистому кремнії стали основою для розробки нового класу аварійних нейтронних дозиметрів, які знайшли практичне застосування (разом із паралельно розробленими гамма-дозиметрами) в ІЯД НАН України, Інституті експериментальної фізики РАН (Арзамас), використовувалися для визначення полів іонізуючих випромінювань на прискорювачі в CERN та в умовах ліквідації аварії на ЧАЕС (П. Г. Литовченко, В. І. Куц, В. І. Хіврич, Л. І. Барабаш).
    Значна увага у відділі приділялася розробці технології нейтронного трансмутаційного легування кремнію за допомогою теплових нейтронів на дослідницькому реакторі ВВР?М, що забезпечило створення наукової бази для виготовлення сучасних високочутливих на­півпровідникових детекторів і дозиметрів ядерних випромінювань.
    Уперше в 1982 р. проведено експерименти з використання енергетичного реактора РБМК ЧАЕС для цілей, що надалі стали основою створення промислової лінії на ЧАЕС з випуску нейтронно-легованого кремнію. Трансмутаційне легування дало можливість отримувати якісно новий матеріал із підвищеною радіаційною стійкістю та однорідністю (А. Р. Дідковський, А. К. Саакова, В. І. Хіврич), що створило передумови для виготовлення більш якісних тиристорів і детекторів ядерних випромінювань (С. В. Бердниченко, Л. І. Барабаш, Т. І. Кібка­ло, П. Г. Литовченко).
    У відділі розроблено прецизійні напівпровідникові детектори для спектроскопії заряджених ядерних частинок з високою енергетичною роздільною здатністю та напівпровідникові дозиметри роздільного визначення компонент змішаних гамма-нейтронних полів. Їхні параметри виявилися навіть дещо кращими, ніж у зарубіжних аналогів за чутливістю. Такі прилади використовувалися під час ліквідації аварії на ЧАЕС і в ядерно-фізичних експериментах (ІЯД НАН України, ОІЯД (Дубна, Росія), CERN (Женева, Швейцарія) тощо).
    Розроблено технологію виготовлення однорідного високоомного та низькоомного нейтронно-легованого кремнію в широкому діапазоні питомих опорів. Проведено дослідження радіаційної стійкості кремнію для детекторів ядерних випромінювань та виробів електронної техніки.
    Цілеспрямовані зміни електрофізичних властивостей під дією радіації вивчались і досліджуються на даний час у складних напівпровідниках, які є перспективними для електронної техніки: GaAs, CdTe, CdS, InSb. У монокристалах CdTe було вперше виявлено відоме для аморфних напівпровідників явище перемикання струму, аномальну фотопровідність, інші цікаві явища. Запропоновано чутливі й швидкодіючі датчики на основі GaAs для побудови карт радіаційних полів.
    На основі фундаментальних досліджень радіаційних дефектів у напівпровідникових матеріалах А3В5 одержано комплекс даних щодо електрофізичних властивостей InSb в інтервалі температур 4,2 - 400 K у разі опромінення нейтронами реактора (температура опромінення 78 - 330 K). Розроблено спосіб визначення концентрації донорів і акцепторів в InSb за допомогою опромінення досліджуваних зразків швидкими нейтронами реактора. Запропоновано методику нейтронного легування InSb. Виявлено ефект гігантського (10 порядків) зменшення провідності InSb у процесі комплексного опромінення нейтронами реактора та рентгенівськими променями, який став фізичним підґрунтям розробленої технології виготовлення рентгенівських дозиметрів (Г. А. Віхлій, А. Я. Карпенко, П. Г. Литовченко).
    Виконано комплекс робіт з моделювання нейтронних пошкоджень у напівпровідникових матеріалах шляхом опромінення зарядженими частинками середніх енергій на циклотроні У?240. Показано, що ефективність дефектоутворення в разі опромінення протонами з енергією 50 МеВ у тисячу разів вища, ніж за умов використання швидких нейтронів реактора. Установлено ряд нових фізичних ефектів, а саме: флуктуації провідності з ростом дози опромінення; надпровідність InAs, індуковану опроміненням; гістерезис магнітоопору в InSb aMnn. Рекомендовано матеріал для радіаційно стійких магнітних сенсорів, що працюють на космічних апаратах, прискорювачах заряджених частинок (CERN), атомних станціях тощо.
    Виконано цикл досліджень радіаційної стійкості широкого класу складних напівпровідникових термоелектричних матеріалів високо- і середньотемпературного діапазонів використання, визначено оптимальні співвідношення матеріалів для створення внутрішньореакторного генератора електричної енергії, що використовує термоелектричний спосіб прямого перетворення ядерної енергії в електричну. Виконано експериментальні випробування прототипу внутрішньореакторного термоелектричного перетворювача (РТЕГ) ядерної енергії в електричну.
    Запропоновано та експериментально перевірено метод підвищення радіаційної стійкості напівпровідникових матеріалів і приладів, створених на їхній основі, способом попередньої радіаційно-термічної термообробки (П. Г. Литовченко, А. А. Гроза, В. І. Хіврич, Л. І. Бара­баш). Показано, що опромінення нейтронами реактора кремнію та наступна його термообробка призводить до утворення ефективних стоків для первинних радіаційних дефектів, унаслідок чого підвищується радіаційна стійкість попередньо опроміненого матеріалу. Прилади, виготовлені на базі такого кремнію, мають у декілька разів вищу радіаційну стійкість, ніж контрольні зразки.
    Виявлено, що введення електрично-неактивної домішки кисню знижує потік вакансій до легуючої домішки фосфору, що зумовлює підвищення радіаційної стійкості кремнію (М. І. Старчик, О. П. Долго­ленко та ін.).
    Установлено, що введення ізовалентної домішки германію в кремній n-типу провідності, вирощений методом Чохральського, підвищує його радіаційну стійкість майже на порядок, що зумовлено не тільки меншим середнім радіусом кластерів дефектів за рахунок зниження теплопровідності матеріалу, а й зменшенням швидкості введення дивакансій і тривакансій у провідну матрицю. Показано, що відпал кластерів дефектів після опромінення кремнію з домішкою германію швидкими нейтронами пов’язаний з анігіляцією вакансійного типу дефектів з міжвузловими атомами і диміжвузлями. Визначено енергії міграції і частотні фактори диміжвузля, міжвузлового атома і вакансії кремнію. З’ясовано особливості впливу методів вирощування і легування на радіаційну стійкість кремнію n-типу, опроміненого швидкими нейтронами реактора (О. П. Долголенко, Г. П. Гайдар, М. Д. Варенцов).
    Визначено критерій радіаційної стійкості напівпровідників через швидкість видалення носіїв заряду кластерами і точковими дефектами. Показано, що атоми германію, кисню та дислокаційні петлі в кремнії є центрами анігіляції вакансій і міжвузлових атомів. Досліджено відпал А-центрів і трансформацію попередників створення стабільного СіОі-дефекту при відпалі, який відповідає кінетиці відпалу першого порядку і визначається міграцією їх на нерухомий центр – міжвузловий кисень. Установлено особливості утворення радіаційних дефектів у кремнії з низькою і високою концентраціями кисню (О. П. Долго­ленко, Г. П. Гайдар, М. Д. Варенцов).
    Запропоновано модель модифікації фоновими домішками основних рівнів відомих радіаційних дефектів у кремнії і германії. Енергія Хаббарда є незалежною від числа електронів на радіаційному дефекті, але її величина залежить від фонових домішок поблизу вакансійного дефекту. Якщо поблизу нього розташоване міжвузля атома кисню, то енергія від’ємно зарядженого акцептора знижується на 0,06 еВ, а донора підвищується на цю ж величину. Міжвузля атома кремнію або германію змінює рівні дефекту на 0,03 еВ. Атом вуглецю в міжвузловому положенні змінює енергію вакансійного дефекту на 0,035 еВ, але в протилежному напрямку. Модифікація вакансійних дефектів не змінює енергію нейтрального рівня дефекту в забороненій зоні кремнію і германію (О. П. Долголенко).
    Показано, що в ході дослідження спектрів поглинання опроміненого швидкими нейтронами реактора кремнію, вирощеного методами Чохральського (Cz) та безтигельної зонної плавки (FZ), спостерігалось утворення різної концентрації дивакансій і областей розупорядкування дивакансійного типу завдяки різному вмісту кисню в зразках. У випадку Cz?Si їх було більше, імовірно, унаслідок зниження процесів анігіляції точкових радіаційних дефектів. У разі використання великих флюенсів опромінення залежність від вмісту кисню для кремнію Cz і FZ ставала менш виразною (М. І. Старчик, А. А. Гроза).
    Виявлено ефект далекодії в кремнієвих p-n-структурах у процесі опромінення альфа-частинками Pt239. Показано можливість реалізації поверхневого молекулярного «сита» для цілей сенсорики у випадку опромінення прискореними важкими іонами (Xe, Kr, Ar, Bi) окисної плівки структури SiO2/Si. Установлено, що модифікована ядерними частинками поверхня кремнію і структури SiO2/Si може бути використана для створення нових типів газових сенсорів (В. І. Хіврич, М. Б. Пінковська).
    Після протонного опромінення кремнію високоенергетичними частинками одержано зменшення показника заломлення, що пояснено деструкцією приповерхневого шару кремнію, яка зумовлена скупченням вакансійних дефектів. Опромінення альфа-частинками поверхні кремнію, навпаки, призводило до збільшення показника заломлення, що є свідченням ущільнення приповерхневого шару. У випадку зразків, опромінених протонами, виявлено найбільше зростання параметра адсорбційної чутливості до аміаку та ацетону (В. І. Хіврич, М. Б. Пінковська).
    При опроміненні монокристалічного кремнію високоенергетичними протонами й альфа-частинками виявлено радіаційний вплив та поширення періодичної дефектної структури у запробiжну для іонiв частину зразків («ефекти далекодiї»), що не передбачено існуючою теорією іонної імплантації. Радіаційний вплив у разі протонного опромінення проявлявся в прискореному утворенні термодефектiв у прошарках росту кремнію, яке в запробiжнiй частині зразка було більш інтенсивним i спостерігалося за температури відпалу на 50 оС нижчій, ніж у пробiжнiй. У випадку опромінення альфа-частинками виявлено утворення періодичної дефектної структури (яка поширювалась як до, так i за область гальмування іонiв) у вигляді «стінок» дефектів, перпендикулярних до напряму руху іонного пучка. Запропоновано фізичне пояснення одержаних ефектів: формування періодичної дефектної структури може бути результатом процесу самоорганiзацiї дефектів в опроміненому кристалі, а поширення радіаційного впливу на запробiжну для іонiв частину кристала – реалізацією солiтонного механізму. Виявлено пошаровий розподіл дефектів і «розбухання» кремнію в області пробігу альфа-частинок, що пов’язано, імовірно, з аморфізацією та утворенням пор. Розірвані міжатомні зв’язки в порах можуть слугувати гетерами для домішок та центрами релаксації напружень у кристалічній ґратці (М. І. Старчик, А. А. Гроза, М. Б. Пінковська). Одержані результати важливі як з точки зору фундаментальної радіаційної фізики, так і для практичного застосування в мікро- і наноелектроніці.
    З 2015 р. у відділі під керівництвом Г. П. Гайдар з’ясовано особливості впливу поверхневих електронних процесів на формування кремнієвих поверхнево-бар’єрних детекторних структур; визначено режими хімічних обробок поверхні кристалів кремнію для прискореного створення поверхнево-бар’єрних структур зі стабільними параметрами; оптимізовано технологію виготовлення кремнієвих спектрометричних детекторів (Г. П. Гайдар, С. В. Бердниченко, В. І. Кочкін, В. Г. Воробйов). Досліджено закономірності впливу одновісних пружних деформацій, радіаційних, магнітних і теплових полів на кінетику електронних процесів у багатодолинних напівпровідниках. Виявлено особливості тензоефектів і гальваномагнітних ефектів в опромінених і неопромінених кристалах кремнію і германію. Для монокристалів германію запропоновано ефективний і надійний спосіб визначення тензоопору розтягу, який досить важко вимірювати експериментально. Виявлено і пояснено особливості концентраційної залежності граничних значень тензоопору для одновісно пружно деформованих кристалів кремнію. Розроблено зручний для практичного використання метод визначення ступеня компенсації електрично-активних домішок у монокристалах n-кремнію.
    Проведено порівняння мікроструктури кремнію в разі варіювання струму іонного пучка та в процесі опромінення іонами різних енергій і мас (протони, дейтрони, альфа-частинки) в областях їхнього пробігу, гальмування та в запробіжній області. Виявлено низку особливостей поведінки радіаційних дефектів в умовах їхньої великої концентрації та неоднорідного розподілу. Установлено залежність ступеня порушення дефектної структури кремнію від маси опромінюючих частинок: структура області пробігу після опромінення протонами істотно не змінювалася на відміну від сильно ушкодженої (можливо, полікристалічної) структури після опромінення альфа-частинками (Г. П. Гайдар, М. І. Старчик, Л. C. Марченко, Г. Г. Шматко, М. Б. Пінковська).
    Запропоновано модель для опису залежності концентрації носіїв заряду від температури в кремнії n- і р-типу провідності, опромінених швидкими нейтронами реактора, яка враховує не лише перезарядку рівнів дивакансії, але й, як наслідок, конфігураційний перехід дивакансії зі стану з більшою дисторсією у стан з меншою дисторсією, і навпаки. Виявлено, що експериментальне спостереження об’єднаних рівнів дивакансії з енергіями залягання 0,23 еВ відносно дна зони провідності та 0,283 еВ відносно вершини валентної зони є можливим при її конфігураційній перебудові. Установлено, що деформація ґратки кремнію, зумовлена дефектами міжвузлового типу, зменшує ймовірність конфігураційної перебудови дивакансій, унаслідок чого зменшується концентрація об’єднаних рівнів (О. П. Долголенко, Г. П. Гайдар).
    Розроблено модель поведінки міжвузлових атомів кремнію в кластерах дефектів, яка пояснює температурну залежність рухливості електронів у разі вимірювання ефекту Холла зі зниженням і зворотним підвищенням температури зразків кремнію, вирощених різними методами (Чохральського та методом безтигельної зонної плавки). Модель ґрунтується на зменшенні енергії міграції міжвузлового атома кремнію при захопленні електрона на акцепторний рівень (з енергією залягання 0,37 еВ відносно дна зони провідності) міжвузлового атома кремнію (О. П. Долголенко).
    Досліджено ефекти акустостимульованої релаксації вихідних та опромінених електронами з енергією 2 МеВ трикомпонентних напів­провідникових світлодіодних структур, одержаних на основі твердих розчинів арсеніду галію та фосфіду галію. Виявлено зростання ефективності випромінювання після ультразвукової обробки, яке має релаксаційний характер і зумовлене формуванням у кристалі дислокаційних сіток. Установлено зростання щільності дислокаційних сіток зі збільшенням часу перебування зразка в ультразвуковому полі, що спричиняє розвиток деградаційних процесів. Релаксаційне падіння яскравості діода у разі пропускання струму є наслідком зміни зарядового стану центрів, що входять до складу дефектів темних ліній та областей безвипромінювальної рекомбінації (В. П. Тартачник та ін.).

 

 

 

В. І. Хіврич
д.ф.-м.н.

О. П. Долголенко
д.ф.-м.н.

В. П. Тартачник
д.ф.-м.н.

    Установлено, що найбільші порушення структури монокристалічного кремнію, опроміненого високоенергетичними протонами і дейтронами, спостерігаються в області гальмування іонів. Ширина цієї області становила приблизно 1000 і 160 мкм відповідно для протонів з енергіями 43 і 6,8 МеВ та порядку 220 мкм для дейтронів з енергією 13,6 МеВ. Структура порушеної області визначалася енергією протонів та величиною флюенса опромінення (М. І. Старчик, М. Б. Пінков­ська, Г. П. Гайдар).
    Застосування приладів в екстремальних умовах і продовження терміну їхньої служби вимагає всебічного вивчення властивостей напівпровідникових матеріалів, на основі яких ці прилади виготовляються. Дослідницька стратегія відділу радіаційної фізики полягає у використанні комплексного підходу до вивчення процесів утворення і трансформації радіаційних дефектів у напівпровідниках як моноатомних, так і бінарних, а також у трикомпонентних сполуках залежно від їхнього домішкового складу, дози опромінення, температури опромінення, типу опромінюючих частинок та їхніх енергій, режиму подальшої термообробки кристалів. З метою виявлення особливостей змін електрофізичних характеристик напівпровідників планується поєднувати, по можливості, опромінення із впливом інших зовнішніх факторів, таких як термообробка, різні режими охолодження, направлена пружна деформація, ультразвук тощо. Такий підхід є доцільним і виправданим як з наукової, так і з практичної точок зору, оскільки актуальність подібних досліджень зумовлена широким використанням напівпровідникових приладів у полях комбінованих зовнішніх впливів, причому не тільки в наземних умовах, а й при освоєнні космічного простору. Для реалізації зазначеного підходу залучатимуться різноманітні електрофізичні, оптичні, ядерно-фізичні, рентгенівські та електронно-мікроскопічні методи досліджень. Запропонований підхід дозволить отримувати нові знання щодо специфіки утворення і відпалу дефектів в області пробігу та в запробіжній частині кристалів під впливом опромінення легкими прискореними іонами; розробляти технології відновлення свічення промислових світлодіодних структур, які містять різні типи радіаційних дефектів; розробляти рекомендації щодо особливостей використання радіаційно-термічних обробок для модифікації властивостей напівпровідників; виявляти можливості підвищення термічної і радіаційної стійкості матеріалів, детекторних структур та інших приладів на основі напівпровідників; прогнозувати їхні основні характеристики в умовах дії зовнішніх екстремальних полів.
    На сьогодні відділ плідно співпрацює з вітчизняними інститутами: Інститутом фізичної хімії імені Л. В. Писаржевського НАН України, Інститутом фізики напівпровідників імені В. Є. Лашкарьова НАН України, Київським національним університетом імені Тараса Шев­ченка, Національним університетом «Львівська політехніка», Дрогобицьким державним педагогічним університетом імені Івана Франка, Науково-дослідним інститутом мікроприладів Науково-технологіч­ного комплексу «Інститут монокристалів» НАН України. Також бере участь у міжнародному співробітництві з CERN (Європейська організація з ядерних досліджень, Женева, Швейцарія) за програмою міжнародної колаборації RD-50 з радіаційної стійкості напівпровідникових детекторів.
    Результати досліджень доповідаються співробітниками відділу не лише на щорічній науковій конференції ІЯД, а й на багатьох міжна­родних конференціях, опубліковані більш ніж у 600 наукових працях, захищені 26 свідоцтвами на винаходи.
    Одержані результати систематизовано й узагальнено співробітниками відділу в 12 монографіях за тематикою всіх наукових напрямків, які розробляються у відділі:

    Основні напрямки наукової діяльності:
дослідження впливу ядерних випромінювань на фізичні властивості атомарних і бінарних напівпровідників та приладів на їхній основі;
дослідження радіаційних і ростових дефектів у напівпровідниках та кінетики перебудови дефектно-домішкових комплексів;
нейтронно-трансмутаційне легування напівпровідників та вивчення їхніх властивостей;
розробка і виготовлення різних типів напівпровідникових детекторів для дозиметрії та спектрометрії ядерних випромінювань.

О    сновні наукові досягнення:
установлено, що в опроміненому кремнії відбувається скорочення часу преципітації кисню. Одержаний ефект пояснено додатковим уведенням зародків преципітатів за участю первинних радіаційних дефектів, створених опроміненням. Прискорення преципітації кисню в опроміненому кремнії визначається загальною концентрацією наведених точкових радіаційних дефектів, тобто флюенсом опромінення. Визначено, що час 50%-ної преципітації кисню в процесі відпалу (при 600 - 800 оС) у кремнії, опроміненому флюенсом нейтронів меншим, ніж 1016 нейтрон/см2, скорочується майже на порядок. У разі опромінення флюенсом більшим, ніж 1016 нейтрон/см2, процес преципітації стає гомогенним і кінетика преципітації зумовлюється переважно радіаційними дефектами, наведеними попереднім нейтронним опроміненням;
доведено, що циклічне навантаження ультразвуком фосфід-галієвих приладів з великою густиною мікроплазм зменшує їхню кількість. Подібне гасіння є наслідком взаємодії рухомих дислокацій із нерівноважними скупченнями дефектів. Особливо виразно такий ефект проявляється на зразках, що містять радіаційні дефекти;
виявлено явище надпровідності в антимоніді індію, опроміненому зарядженими ядерними частинками;
виявлено в напівпровідниках А3В5 новий вид залежності провідності від флюенсу (флуктуації провідності), що пояснюється ефектами самоорганізації в кристалах;
розроблено радіаційно-термічну технологію підвищення радіаційної стійкості напівпровідникових матеріалів;
визначено, що в нейтронно-трансмутаційно легованому кремнії підвищується радіаційна стійкість (до гамма-опромінення приблизно у 10 разів, а до нейтронного – у 2 рази) за рахунок стоків, створених під час нейтронного легування і технологічного відпалу кремнію;
розроблено та виготовлено різні типи напівпровідникових детекторів для ядерно-фізичних експериментів ІЯД. Напівпровідникові детектори постачали також до Лабораторії ядерних реакцій імені Г. М. Фльорова Об’єднаного інституту ядерних досліджень (м. Дубна, Росія);
установлено особливості ефектів кластеризації радіаційних дефектів у n- і p-Sі, вирощеному різними методами, у бінарних напівпровідниках ІnSb, ІnР та сплавах Sі0,7Ge0,3 під час взаємодії ядерного випромінювання з твердим тілом. Визначено критерії радіаційної стійкості, термічної стабільності кластерів дефектів і окремих простих дефектів;
у рамках уточненої моделі кластерів дефектів розраховано ефективну концентрацію носіїв заряду залежно від температури й дози опромінення кремнію високоенергетичними ядерними частинками. Визначено ймовірність додаткового перекриття областей просторового заряду кластерів, обумовлену точковими дефектами;
описано відпал кластерів дефектів, утворених швидкими нейтронами реактора, як процес анігіляції дивакансій і тривакансій з міжвузловими і диміжвузловими дефектами кремнію та визначено енергії активації відпалу і частотні фактори цих процесів;
показано, що коефіцієнт радіаційно-стимульованої дифузії бору і фосфору у твердому розчині Sі0,7Ge0,3 у разі опромінення в реакторі при 810 K прямо пропорційний квадрату радіуса теплових клинів і обернено пропорційний сталій часу відновлення електричної активності фосфору і бору;
у процесі опромінення монокристалічного кремнію високоенергетичними протонами й альфа-частинками виявлено радіаційний вплив та поширення періодичної дефектної структури в запробiжну для іонiв частину зразків («ефекти далекодiї»), що не передбачено існуючою теорією іонної iмплантацiї;
визначено критерій радіаційної стійкості напівпровідників через швидкість видалення носіїв заряду кластерами і точковими дефектами;
запропоновано модель модифікації фоновими домішками основних рівнів відомих радіаційних дефектів у кремнії і германії;
з’ясовано механізми підвищення радіаційної стійкості в разі опромінення швидкими нейтронами реактора кристалів кремнію зі збільшеним вмістом фонової домішки кисню, легованих ізовалентною домішкою германію, вирощених в атмосфері аргону, а також легованих методом ядерної трансмутації;
у неопромінених кристалах кремнію n-типу при симетричному розміщенні осі деформації щодо всіх ізоенергетичних еліпсоїдів виявлено тензоопір, величина якого зменшується в разі гамма-опро­мінення. Одержані ефекти пояснено відповідно зміною рухливості електронів у зоні провідності внаслідок зростання поперечної ефективної маси та появою нових глибоких центрів під дією опромінення;
пояснено особливості змін електрофізичних параметрів (концентрацій носіїв заряду і їх рухливостей) у сильно легованих монокристалах германію n-типу, вирощених методом Чохральського, які відбувалися в результаті низки термовідпалів у широкому температурному інтервалі. Виявлено, що зміна основних параметрів досліджуваних зразків за умов використання режимів термовідпалів, які зазвичай застосовують у процесі виробництва напівпровідникових приладів, відбувається немонотонно;
одержано спектри електролюмінесценції червоних фосфідо-галієвих світлодіодів та з’ясовано природу аномального розширення ліній. Установлено існування короткохвильової компоненти (h? = 2,206 еВ), пов’язаної з донорно-акцепторними переходами між парами «цинк - олово». Виявлено зростання її інтенсивності за малих струмів (до 50 мА) та зумовлене тепловим ефектом падіння за великих (понад 90 мА);
з’ясовано вплив ультразвукової обробки на електролюмінесценцію вихідних і опромінених електронами трикомпонентних напівпровідникових світлодіодних структур, одержаних на основі твердих розчинів арсеніду галію та фосфіду галію. Установлено, що ультразвукова обробка спричиняє виникнення низки деградаційно-відновлюваль­них процесів у світлодіодах.