ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
2
Введение
В данных методических указаниях описан Метод Фотостимулированной
Вспышки Люминесценции (ФСВЛ). Этот метод может быть применен для
исследования структуры и электронных свойств примесных центров и различных
дефектов широкозонных кристаллофосфоров, имеющих люминесценцию в
видимой и ближней ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Этот метод дает
возможность:
- измерять энергетическое распределение примесных состояний в
запрещенной зоне кристалла ;
- оценивать изменение концентрации дефектов при различных воздействиях
на кристалл (облучение , воздействие температурой, электрическим или
магнитным полем, адсорбция на поверхность ионов, атомов, кластеров...);
- измерять энергии активации процессов, приводящих к перестройке
примесных дефектов.
Принцип метода ФСВЛ
На рисунке 1 приведена простейшая зонная схема кристаллофосфора,
который имеет один тип центров ломинесценции (уровень 1) и один тип
дефектов, имеющих глубокий уровень энергии (уровень 2).
N
-
e
-
e
-
с N
-
e
-
c
hν
люм
hν
люм
ω
2
δ
2
Δ E
2
hν
ИК
=ΔE
2
β α N
2
n
2
β N
2
n
2
N
1
n
1
hν
УФ
> Δ E
g
N
1
n
1
δ
1
v v
N
+
e
+
a) б)
Рис. 1. Зонная схема кристаллофосфора: a) – режим возбуждения
(освещения) кристалла УФ излучением; б ) – режим стимуляции ФСВЛ
(освещение кристалла ИК светом). Смысл обозначений принят согласно [1] и
приведен в тексте .
Во время освещения кристалла УФ излучением связанные электроны,
находящиеся в валентной зоне , поглощают кванты с энергией hν
УФ
и переходят в
зону проводимости (рис.1, переход с параметром α). При этом возникает пара
свободных неравновесных носителей заряда : электрон в зоне проводимости е
-
(N
-
- концентрация таких электронов) и дырка в валентной зоне е
+
(N
+
- концентрация
таких дырок). α – скорость образования (генерации) пар электрон-дырка . Как
правило , рекомбинация свободного электрона со свободной дыркой запрещена
правилами отбора. Поэтому (в рамках принятой простейшей модели кристалла )
свободные дырки с вероятностью δ
1
захватываются (локализуются на..., переходят
2
В ведени е
В да нны х ме то ди че ски х ука за ни ях о пи са н М е то д Фо то сти мули р о ва нно й
В спы ш ки Лю ми не сце нци и (ФСВ Л). Это т ме то д мо ж е т б ы ть пр и ме не н для
и ссле до ва ни я стр уктур ы и электр о нны х сво йств пр и ме сны х це нтр о в и р а зли чны х
де ф е кто в ш и р о ко зо нны х кр и ста лло ф о сф о р о в, и ме ющи х лю ми не сце нци ю в
ви ди мо й и б ли ж не й ультр а ф и о ле то во й (У Ф) о б ласти спе ктр а . Это т ме то д да е т
во змо ж но сть:
- и зме р ять эне р г е ти че ско е р а спр е де ле ни е пр и ме сны х со сто яни й в
за пр е ще нно й зо не кр и ста лла ;
- о це ни ва ть и зме не ни е ко нце нтр а ци и де ф е кто в пр и р а зли чны х во зде йстви ях
на кр и ста лл (о б луче ни е , во зде йстви е те мпе р а тур о й, эле ктр и че ски м и ли
ма г ни тны м по ле м, а дсо р б ци я на по ве р хно стьи о но в, а то мо в, кла сте р о в...);
- и зме р ять эне р г и и а кти ва ци и пр о це ссо в, пр и во дящи х к пе р е стр о йке
пр и ме сны х де ф е кто в.
При нци п м етода Ф СВ Л
На р и сунке 1 пр и ве де на пр о сте йш а я зо нна я схе ма кр и ста лло ф о сф о р а ,
ко то р ы й и ме е т о ди н ти п це нтр о в ло ми не сце нци и (ур о ве нь 1) и о ди н ти п
де ф е кто в, и ме ющи х г луб о ки й ур о ве ньэне р г и и (ур о ве нь2).
N - e- e- с N- e- c
hν люм hν люм ω2
δ2 Δ E2 hν И К=Δ E2
β α N2 n2 β N2 n2
N1 n1 hν У Ф > Δ Eg N1 n1
δ1
v v
+ +
N e
a) б)
Р и с. 1. Зо нна я схе ма кр и ста лло ф о сф о р а : a) – р е ж и м во зб уж де ни я
(о све ще ни я) кр и ста лла У Ф и злуче ни е м; б ) – р е ж и м сти муляци и ФСВ Л
(о све ще ни е кр и ста лла И К све то м). Смы сло б о зна че ни й пр и нят со г ла сно [1] и
пр и ве де н в те ксте .
В о вр е мя о све ще ни я кр и ста лла У Ф и злуче ни е м связа нны е электр о ны ,
на хо дящи е ся в ва лентно й зо не , по г ло ща ютква нты с эне р г и е й hν У Ф и пе р е хо дятв
зо ну пр о во ди мо сти (р и с.1, пе р е хо д с па р а ме тр о м α). П р и это м во зни ка е т па р а
сво б о дны х не р а вно ве сны х но си те ле й за р яда : электр о н в зо не пр о во ди мо сти е - (N-
- ко нце нтр а ци я та ки х эле ктр о но в) и ды р ка в ва ле нтно й зо не е + (N+ - ко нце нтр а ци я
та ки х ды р о к). α – ско р о сть о б р а зо ва ни я (г е не р а ци и ) па р эле ктр о н-ды р ка . Ка к
пр а ви ло , р е ко мб и на ци я сво б о дно г о эле ктр о на со сво б о дно й ды р ко й за пр е ще на
пр а ви лами о тб о р а . П о это му (в р а мка х пр и нято й пр о сте йш е й мо де ли кр и ста лла)
сво б о дны е ды р ки с ве р о ятно стью δ1 за хва ты ва ю тся (ло ка ли зуются на ..., пе р е хо дят
