6.4 Люмінесценція

Для генерації нерівноважних носіїв заряду (рис.6.5 перехід 1) необхідно затратити енергію. При їх рекомбі­нації енергія виділяється. У випадку, коли ця енергія виділяється у вигляді фотонів, спостерігається свічення кристалу, тобто люмінесценція. При цьому рекомбінація відбувається через особливі енергетичні рівні - центри свічення (ЦС) (переходи 2,3). У відповідності із способом збудження кристалу розрізняють такі види люмінесценції:

а) фотолюмінесценція - збудження за рахунок світла;

б) катодолюмінесценція - збудження при бомбардуванні елек­тронами;

в) електролюмінесценція - свічення кристалу в електричному полі;

г) хемілюмінесценція - збудження за рахунок енергії, яка виді­ляється при хімічній реакції, наприклад, при рекомбінації атомів в молекули на поверхні кристалу. В останньому випадку має мі­сце раднкало-рекомбінацінна люмінесценція (РРЛ); Особливістю люмінесценції є її нерівноважний характер, на від­міну від теплового, рівноважного випромінювання. Це означає, що про поміщені збудженого кристалофосфору в замкнуту теплоізольо-вану оболонку з ідеально відбиваючими стінками свічення через де­який час припиниться. Таке свічення називають ще холодним.

Друга особливість люмінесценції заключається в тому, що час післясвічення ( час свічення кристалу після припинення збудження) набагато більший, ніж період світлових хвиль (10~13 - 10~15 сек.). В за­лежності від часу післясвічення люмінесценція умовно поділяється на: флуоресценцію (час післясвічення менший, ніж 10"8 сек.), і фосфорес­ценцію (час післясвічення більший, ніж 10"8 сек, і може досягати декі­лькох діб). Час післясвічення значно збільшується при наявності так званих центрів прилипання. Це енергетичні рівні в забороненій зоні поблизу зони провідності, на які захоплюються електрони, а потім зві­льняються за рахунок теплової енергії. Тому при нагріванні збуджено­го кристалу інтенсивність люмінесценції зростає за рахунок рекомбі­нації цих захоплених електронів. Відбувається висвічування світлосу-ми.

Перші кількісні дослідження фотолюмінесценції були проведені англ.. фізиком Дж. Стоксом (1819-1903), який у 1852 році встановив закон, який носить його ім'я: при фотолюмінесценції виникає свічення з більшою довжиною хвилі ^фл, ніж довжина хвилі збуджуючого світла (рис.6.6). Цей закон стає Рисунок 6.6 зрозумілим із зонної діаграми (рис.6.5).

Збуджуючий фотон повинен мати енергію не меншу, ніж ширина за-

_ бороненої зони АЕ^ (перехід 1), в той час як —   випромінюваний при переході 2 фотон має меншу —' і енергію, а отже і більшу довжину хвилі. Але

спостерігається і антистоксівська люмінесценція з 4 5  6 7       протилежним   співвідношенням   довжин хвиль

(рис.6.6 заштрихована область). Пояснюється це тим, що збуджуючий фотон поглинається уже збудженим атомом. Електронні переходи відбува-Рисунок 6.7  ються    між    електронно-коливальними рівнями (рис.6.7). Переходи 4 і 5 викликають стоксівську, а 6 і 7 - антистоксівську люмінесценцію.