ИНФРАКРАСНАЯ ВСПЫШКА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Если образец, возбуждаемый светом из области собственного поглощения полупроводника, осветить дополнительно инфракрасным (ИК) светом, то в момент его включения (t0) наблюдается резкий всплеск интенсивности люминесценции. Это явление получило название ИК-вспышки люминесценции.
Теория ИК-вспышки люминесценции.
Величина ИК-вспышки количественно оценивается отношением
, (4.1)
где I0, Iик – интенсивности люминесценции при стационарном возбуждении (t < t0) и в момент включения ИК-света (t = t0). Характерно, что при t >> t0, когда действуют и основная и дополнительная засветки, установившееся значение интенсивности люминесценции оказывается ниже величины I0.
ИК-вспышку объясняют следующим образом. При включении ИК-света происходит освобождение электронов с ловушек. Поскольку в первый момент времени концентрация дырок на центрах свечения не успевает существенно измениться, то интенсивность люминесценции возрастает во столько раз, во сколько раз увеличивается концентрация свободных электронов, то есть
, (4.2)
где n0, nик – концентрации электронов до включения и в момент включения ИК-света. Спустя время, равное времени жизни свободных электронов, изменение интенсивности люминесценции будет определяться уже не ростом концентрации свободных электронов, а уменьшением величины концентрации дырок на центрах свечения (pr). Снижение величины pr происходит из-за уменьшения запаса электронов на ловушках (nt), называемого светосуммой. Согласно условию электронейтральности . Поэтому после ИК-вспышки люминесценции наблюдается релаксация свечения до нового более низкого стационарного уровня.
Для цинксульфидных фосфоров, у которых вероятность повторного захвата неравновесных носителей тока больше вероятности их рекомбинации и в условиях низкого уровня возбуждения можно получит следующее соотношение для величины ИК-вспышки люминесценции:
, (4.3)
где - вероятность высвобождения электронов с ловушек под действием инфракрасного света (P - постоянная величина, - интенсивность инфракрасного света), Wt0 - вероятность теплового высвобождения электронов с ловушек. Величина Wt0 определяется функцией Больцмана:
, (4.4)
где W0-постоянная величина, Et –энергия термической активации ловушек. С учетом (4.4) уравнение (4.3) можно записать в таком виде
. (4.5)
Так как практически не зависит от температуры, то зависимость от 1/T представляется в виде прямой, наклон которой позволяет определить энергию термической активации ловушек. Целью данной работы является определение величины энергии активации ловушек путем исследования осциллограмм ИК-вспышки люминесценции, измеренных при различных температурах кристаллофосфора.
Методика эксперимента.
Принципиальная схема экспериментальной установки для получения осциллограм ИК-вспышки люминесценции показана на рис. 6.
Полупроводниковый фосфор, используемый в качестве образца (О) помещается в камере (К), имеющей нагреватель (Н) и дифференциальную медь-константановую термопару (Т), соединенную с милливольтметром (мВ). Возбуждение люминесценции осуществляется светом из области собственного поглощения полупроводника посредством ртутной лампы (S), излучение которой проходит через тепловой фильтр Ф1 и фильтр Ф2, выделяющий требуемую область излучения, и фокусируется линзой Л1 на образец. ИК-засветка осуществляется при помощи ИК-светодиода (Sик) .
Люминесцентное свечение фокусируется линзой Л2 на катод ФЭУ(Ф). Питание ФЭУ осуществляется от высоковольтного стабилизированного источника ВС-22. Анодный ток, пропорциональный интенсивности люминесцентного излучения, регистрируется при помощи осциллографа С1-93.
4.3. Порядок выполнения работы и задание.
1. Ознакомиться с измерительной установкой.
2. Получить осциллограммы ИК-вспышки люминесценции при комнатной и нескольких повышенных температурах кристаллофосфора (по указанию преподавателя).
3. Исходя из полученных осциллограмм, построить зависимость lnR от 1/T и рассчитать энергию термической активации ловушек.
4. Построить схему оптических переходов, происходящих при ИК-вспышке люминесценции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сердюк В.В., Ваксман Ю.Ф. Люминесценция полупроводников. - Киев-Одесса: Вища школа. - 1988.-200 С.
2. Виктор П.А. Компьютерный практикум для Физиков.Ч.1. ОГУ,1989. 65 С.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|