раздел 2). Трактовка физики процессов,
протекающих при люминесценции , и , проведена с учетом многочисленных
литературных данных [3,4,15,124,129,134-136,176-178,191,219,223,224,226,254].
Как видно, большинство исследований нелегированных кристаллов посвящены ,
гораздо меньше работ посвящено исследованиям люминесценции нелегированных
твердых растворов . Поэтому обсуждение экспериментальных результатов наших
исследований начнем со случая = 1 ().
Как уже отмечалось выше, раствор является основой многих промышленных
люминофоров. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию влияния дефектов
структуры на люминесценцию главным образом в видимой области спектра при
комнатных температурах.
Достоверно установлено, что в указанной области спектра при наших условиях
эксперимента имеется 6 полос (см. рис. 4.9). В литературе появление полос 1 и 4
связывают с наличием в вакансий и . Такой вывод следует в первую очередь из
систематических исследований сульфида цинка Георгобиани с сотрудниками.
На основе анализа результатов исследований фото-, рентгено- и ионолюминесценции
установлено, что центр свечения полосы 2 включает в себя [134,264]. Полоса 3
неверно трактовалась [134] как внутрицентровой переход электрона с на уровень
(2,8 эВ). Это
противоречит опыту .
Согласно рис.4.10 имеем = 2,63 эВ , а не 2,8 эВ . Эта полоса возникает,
очевидно, при переходе электрона с на уровень (= 3,76 – 1,07 =
2,69 эВ ).
В литературе имеются сведения о полосе вблизи 600 – 620 нм и высказывается
предположение о её неэлементарности. В работе [134] показано, что она состоит
из двух подполос (5 и 6). Образование подполосы 5 объясняется следствием
электронного перехода между вакансиями (2,38 эВ) и (0,3 эВ). Подполоса 5
соответствует = 2,38 – 0,3 = 2,08 эВ. Подполоса 6 , по нашему мнению, является
следствием электронного перехода с на уровень (). Таким образом, создаётся
возможность сделать более подробное описание механизмов возникновения полос
люминесценции.
Описание полос люминесценции при = 1 ().
Полоса 1. = 400 нм ( = 3,1 эВ).
При возбуждении УФ квантами в кристалле появляются неравновесные концентрации
электронов и дырок . Это приводит к появлению неравновесных ионных дефектов по
отношению к невозбужденному состоянию кристалла:
+ ; + .
Процесс излучения стремится восстановить равновесную концентрацию дефектов. При
длительном возбуждении кристалла УФ светом наступает стационарная
люминесценция, устанавливается определенное соотношение концентраций ионных и
электронных дефектов. Часть поглощенной энергии возвращается в виде , а часть -
в виде других излучений (в ИК- и УФ- областях), часть энергии переходит в
теплоту. Как уже было отмечено выше, возникновение полосы 1 связано с наличием
в решетке . Механизм возникновения этой полосы можно описать так:
+ + . (4.42)
Взаимодействие ( в которой находится два электрона) с электронной дыркой в
валентной зоне приводит к её ионизации до состояния (3,1 эВ), а переход
электрона в валентную зону – к излучению кванта = 3,1 эВ. Рекомбинационная
люминесценция.
Полоса 2. = 430 нм ( = 2,88 эВ). Связана с наличием . В вакансии цинка
содержится одна электронная дырка: (, ). Возникновение полосы 2 можно описать
следующим образом:
+ + . (4.43)
Облучение кристалла УФ светом приводит к появлению неравновесной концентрации
электронов и дырок. Это приводит к перезарядке ионных дефектов. Взаимодействие
электронной дырки, локализованной на вакансии цинка, с электроном, находящимся
в зоне проводимости, приводит к смещению до уровня (1,07 эВ), а переход
электрона с уровня = 3,95 эВ на уровень приводит к излучению = 3,95 – 1,07 =
2,88 (эВ). Рекомбинационная люминесценция.
Полоса 3. = 460 нм ( = 2,696 2,7 эВ). Связана с дефектами и вакансией .
Механизм возникновения этой полосы можно изобразить следующим образом:
+ + + . (4.44)
В вакансии имеется два электрона, а в находится одна электронная дырка (, ).
Взаимодействие электронной дырки, локализованной на вакансии цинка, с
электроном, находящимся на вакансии , приводит к смещению уровня до , а
смещение уровня при ее ионизации не происходит за счет одновременного
проникновения электрона с уровня на уровень мелкого акцептора (возможно даже
туннельным образом). Поэтому уровень , с которой уходит электрон, не смещается
за счет поступления электрона с уровня . Иначе электрон с уровня через вакансию
серы переходит на вакансию цинка. Поэтому происходит излучение кванта света
= 3,76 – 1,07 = 2,69 (эВ).
Этот результат согласуется с экспериментом (см. рис. 4.9). Имеет
рекомбинационную люминесценцию.
Полоса 4. = 520 нм ( = 2,38 2,4 эВ). Как уже отмечалось выше, Георгобиани с
сотрудниками достоверно установили, что эта полоса связана с наличием и
валентной зоной. Следовательно, её возникновение можно описать так:
+ + . (4.45)
Взаимодействие вакансии , в которой находится один электрон, с электронной
дыркой в валентной зоне приводит к ионизации вакансии серы до состояния (2,38
эВ), а переход электрона в валентную зону приводит к излучению кванта
= 2,4 эВ.
Так возникает рекомбинационная люминесценция.
Полоса 5. = 600 нм ( = 2,07 2,1 эВ). Эта полоса, как уже отмечалось выше,
связана с и . Механизм возникновения её опишем следующим образом:
+ + + . (4.46)
Вакансия (, ), а (, 2). Взаимодействие вакансий и приводит к их ионизации до
состояний (2,38 эВ) и (0,3 эВ), а переход электрона к излучению кванта света
= 2,4 – 0,3 = 2,1 (эВ).
Внутрицентровая люминесценция.
Полоса 6. = 620 нм ( = 2 эВ).
- Київ+380960830922