ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
КИНЕТИКИ ЗАТУХАНИЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Рассмотрим кинетику затухания люминесценции в отсутствие тушения. В этом случае предполагается, что переходы локализованных носителей с центров свечения в ближайшую зону не существенны.
Зонная схема кристаллофосфора и закон затухания люминесценции.
Рассмотрим простейшую модель кристаллофосфора, содержащую центры свечения и ловушки одного сорта (Рис.1).
На стадии затухания люминесценция обусловлена термическими переходами 1 электронов с уровней ловушек (Т) в зону проводимости и их последующей излучательной рекомбинацией (переход 2) с дырками, ранее запасенными на центрах свечения (R). Наряду с рекомбинацией возможен также повторный захват электронов на ловушки (переход 3).
Рассмотрим уравнения кинетики затухания с учетом указанных процессов (переходов 1-3). В отсутствие тушения уменьшение концентрации дырок на центрах свечения равно скорости излучательной рекомбинации, т.е.
, (1.1)
где: -коэффициент рекомбинации, n -концентрация свободных электронов, pr -концентрация дырок на центрах свечения. Изменение концентрации электронов на ловушках
, (1.2)
где: nt - концентрация электронов на ловушках, gt - коэффициент захвата электронов на ловушки, Nt - концентрация ловушек, Wt - вероятность термического высвобождения электронов с ловушек.
Уравнение электронейтральности с учетом различия времен жизни свободных и локализованных носителей, имеет вид
. (1.3)
Приравняв правые части (1.1) и (1.2), получим соотношение для концентрации свободных электронов:
. (1.4)
Как показывает опыт, на начальных стадиях затухания люминесценции вероятность рекомбинации свободных электронов больше вероятности их повторного захвата на ловушки, т.е. . Соответствующую этому условию кинетику называют линейной. С учетом уравнений (1.3) и (1,4) соотношение (1.1) для области линейной кинетики примет вид
. (1.5)
Отсюда концентрация дырок на центрах свечения
, (1.6)
где: pro -концентрация дырок на центрах свечения при стационарном возбуждении. Как следует из (1.1), интенсивность люминесценции пропорциональна изменению концентрации дырок на центрах свечения: . С учетом (1.6), получим закон затухания люминесценции в приближении линейной кинетики:
, (1.7)
где: - интенсивность стационарной люминесценции. Поскольку является функцией Больцмана, т.е.
, (1.8)
где: Wo -постоянная величина, Et -энергетическая глубина залегания уровней ловушек, то уравнение (1.7) может быть записано в виде
. (1.9)
Исходя из (1.9), для двух значений температур Тi и Тj можно записать систему уравнений
. (1.10)
Решая их относительно Еt, находим
. (1.11)
Таким образом, измеряя зависимости I(t) при двух различных температурах фосфора и определив соответствующие значения , можно рассчитать величину Еt. Следует иметь в виду, что значения величин в уравнении (1.10) определяются для заданного значения времени спада t = to из области линейной кинетики люминесценции.
Определив Et можно рассчитать постоянную Wo:
, (1.12)
а затем и величину Wt при температуре измерения.
Методика эксперимента.
Изучение кинетики люминесценции осуществляется на установке, схема которой показана на рис.2.
Возбуждение люминесценции осуществляется светодиодом (S), излучающим в голубой области спектра, соответствующей краю фундаментального поглощения исследуемого полупроводника. Источником питания светодиода служит генератор прямоугольных импульсов (ЗГ). Таким образом, возбуждение люминесценции осуществляется прямоугольными импульсами света.
Люминесцентное излучение, сфокусированное линзой (Л) на входную щель монохроматора (М), регистрируется в максимуме полосы излучения при помощи фотоэлектронного умножителя (Ф) ФЭУ-18А, соединенного с осциллографом С1-40. Питание ФЭУ осуществляется от стабилизированного источника ВС-22.
Температура образца изменяется при помощи нагревателя (Н) и контролируется дифференциальной медь-константановой термопарой, соединенной с гальванометром (Г).
1.3. Порядок выполнения работы и задание.
1. Ознакомиться с измерительной установкой.
2. Провести измерения кинетики затухания и интенсивности стационарного свечения при различных температурах.
3. Полученные зависимости представить в координатах и определить интервал значений ∆t в котором выполняется приближение линейной кинетики.
4. Рассчитать на ЭВМ величины Еt , Wo , Wt, исходя из уравнений (1.11), (1.12) и (1.8), соответственно.
Лабораторная работа № 2
ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Люминесцентное свечение, возникающее в результате разогрева ранее возбужденного кристаллофосфора, называют термостимулированной люминесценцией (ТСЛ).
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|