Температурное гашение люминесценции на донорно-акцепторных парах

Рассмотрим особенности температурного тушения люминесценции на донорно-акцепторных парах. При этом в запрещенной зоне полупроводника располагаются (рис. 4, b) два уровня R-центра: донорный (Д) и акцепторный (А). Ионизация таких центров связана с захватом электронов на доноры и дырок на акцепторы (переходы 1 и 2). Излучательными являются переходы 3. Повыше­ние температуры кристалла вызывает переходы 1' и 2', приводящие к ту­шению люминесценции. При этом, в зависимости от соотношения энергии активации донора и акцептора , входящих в пару, возможен различный характер зависимости интенсивности люминесценции от тем­пературы. Для определенности предположим, что . Тогда тер­мическая активация доноров наступит при более низких температурах, чем акцепторов. Как следует из теории донорно-акцепторных пар, энергия ионизации таких центров

, (3.4)

где: R - расстояние между донором и акцептором. Поскольку в данном случае тепловой выброс электрона происходит при более низкой температуре, энергия, необходимая для осуществления пе­реходов 1^¢, равна E_d. Энергия кулоновского взаимодействия в этом случае не оказывает влияния на процесс активации доноров, так как дырки, локализованные на акцепторах, экранируют отталкивающее поле отрицательно заряженных центров. При дальнейшем повышении температуры, когда доноры оказываются полностью опустошенными, излучательная реком­бинация осуществляется с участием свободных электронов (переход 3¢). При более высоких температурах, когда возможен тепловой выброс дырок с акцепторов (переход 2¢), наблюдается второй участок гашения люминесцен­ции. В этом случае энергия, не­обходимая для удаления дырок с центров свечения, равна , так как отталкивающее действие положительно заряженного донора на локализованную дырку уже не компенсируется электронами, ранее находя­щимися на них.

Таким образом, температурная зависимость интенсивности люминесценции на донорно-акцепторных парах, представленная в координатах содержит два линейных участка. Энергия активации, определенная в облас­ти низкотемпературного гашения, равна глубине залегания более мелкого уровня. Энергия активации, полученная в области высокотемпературного тушения, равна

. (3.5)

Пренебрегая величиной смещения Франка-Кондона, величину Е_a можно оценить из соотношения

, (3.6)

Тогда из уравнений (3.5) и (3.6), можно определить энергию кулоновского взаимодействия в донорно-акцепторной паре:

. (3.7)

Методика эксперимента

Схема установки, предназначенной для измерения температурных зависимостей интенсивности люминесценции, показана на рис. 5.

Рис. 5. Схема установки для исследования температурных зависимостей интенсивности люминесценции.

Люминесцентное свечение возбуждается при помощи ртутной лампы ДРШ-250 (S). Излучение ртутной лампы, сфокусированное линзой (Л₁) на образец (О), проходит через тепловой фильтр из водного раство­ра СuSO₄ (Ф₁) и стеклянный фильтр (Ф₂) с максимумом пропускания в области 460 нм. Люминесцентное излучение исследуемого кристалла фокусируется линзой (Л₂) на входную щель монохроматора УМ-2, за выходной щелью ко­торого расположен фотоумножитель ФЭУ-22 (Ф). Электрический сигнал с выхода ФЭУ регистрируется вольтметром В7-27А/1. Питание ФЭУ осуще­ствляется от высоковольтного стабилизированного источника ВС-22. Температура образца регулируется посредством изменения тока, проте­кающего в цепи нагревателя (Н), который подключен к источнику пос­тоянного тока УИП-2. Измерение температуры осуществляется при помощи дифференциальной медь-константановой термопары, соединенной с потенциометром ПП-63.

3.4.Порядок выполнения работы и задание.

1. Ознакомиться с измерительной установкой.

2. Возбуждая кристаллофосфор светом из области собственного поглощения, провести измерения спектра его фотолюминесценции.

3. Построить спектр люминесценции в координатах I~Е (см. работу 1) и определить положение максимума (hv_u) наблюдаемой полосы люминесценции.

4. Провести измерения температурной зависимости интенсивности излучения в максимуме изучаемой полосы люминесценции.

5. Представить зависимость I(Т) в координатах и рассчитать энергию активации .

6. Сравнить полученное значение величины и разности ( ) и сделать вывод о точечной или ассоциативной (донорно-акцепторной) природе центров свечения.

7. При установлении ассоциативной природы центров свечения, пользуясь уравнением (3.7) и значениями величин E_g рассчитать энергию кулоновского взаимодействия между донорами и акцепторами, а также расстояние R между ними.

8. Сравнить рассчитанное значение величины R с постоянной кристалли­ческой решетки исследуемого полупроводника.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: