Термостимулированная люминесценция твердых тел: Учебное пособие, страница 2

Рассмотрим процесс термостимулированной люминесценции (ТСЛ) кристалла, активированного примесью. На рис.2 показана схема энергетических уровней кристалла с примесью серебра в качестве активатора.

Зона проводимости 1                                    Ag+* А                2        4            Ag+* 3      5 Eg                                                Ag+ Валентная зона

                                                                     

 

 

Рис.2. Схема энергетических уровней кристалла с примесью серебра Ag⁺

 

Ионизирующее излучение образует в кристалле электронно-дырочные пары. Зонные электрон и дырка двигаются по кристаллу, электрон с определенной вероятностью может быть захвачен электронной ловушкой с образованием А-центра, дырка захватывается ионами серебра Ag⁺.

Последующее термическое возбуждение освобождает электрон с электронной ловушки А и переводит его в зону проводимости (переход 1). Затем электрон рекомбинирует с дыркой (переход 2), в результате чего ион активатора Ag⁺ оказывается в возбужденном состоянии Ag⁺* (переход 3). Затем возбужденный ион релаксирует в нижнее возбужденное излучательное состояние Ag⁺* с образованием фононов кристаллической решетки, то есть с передачей энергии в тепло (переход 4) и, наконец, в основное состояние с испусканием кванта люминесценции (переход 5) с определенной энергией, характерной для данного примесного центра (обычная трехуровневая схема примесного центра).

Спектр люминесценции определяется природой активатора. Так, свечение Ag⁺ находится в ультрафиолетовой - синей области, Мn²⁺ дает зелено-оранжевое свечение. Следовательно, одни и те же соединения могут обладать фотолюминесценцией и термолюминесценцией. По сравнению с фотолюминесценцией можно указать следующие отличительные особенности процесса термолюминесценции:

1.Спектр ТСЛ является характерным для ионов активатора, первоначально инкорпорированных в кристалл.

2. Центры, созданные облучением кристалла, разрушаются в процессе измерения ТСЛ. Следовательно, термолюминесцентный дозиметр после процедуры измерения теряет информацию о поглощенной энергии (дозе) ионизирующего  излучения.

1.2. Кинетика термолюминенсценции

На рис.1 и 2 упрощенно поясняется механизм термолюминесценции (ТЛ), электронно-кинетическая модель которой в действительности выглядит сложнее [2]. В частности, возможен обратный переход на уровень F электронов из зоны проводимости, которые попали туда в результате термического возбуждения. Такая возможность учтена на рис. 3, где F — по-прежнему уровень электронных ловушек, а V— уровень захвата дырок дефектного или примесного происхождения. Рассмотрим кинетику термолюминесценции в соответствии с этой моделью. Пусть первоначально кристалл подвергался воздействию ионизирующего излучения, в результате чего часть электронов из заполненной валентной зоны перешла в зону проводимости В, а оттуда часть из них попала в ловушки на уровнях F.

При нагреве кристалла до температуры Т (термическое возбуждение) электроны с некоторой вероятностью могут перейти с уровней F в зону проводимости (переход r), а оттуда попасть на уровень V, в результате чего возникает люминесценция; одновременно возможен обратный переход (переход b) электронов из зоны проводимости на уровни F.

 

ε       ρ           β                                γ        F V