Кроме центров свечения, в люминофоре могут находиться примесные центры, которые имеют свободный локальный уровень вблизи дна зоны проводимости. Эти центры могут захватывать электрон из зоны проводимости (см. рис. 1, переход 13) и удерживать его в течение длительного времени. Переход захваченного электрона в валентную зону для таких центров маловероятен, но существует вероятность обратного переброса электрона в зону проводимости (переход 14), где он в конечном итоге может принять участие в процессах рекомбинации. Такие центры, образующие метастабильные состояния в запрещенной зоне, называются электронными ловушками (центрами захвата). Возможно образование в кристалле и дырочных ловушек. Наличие таких ловушек обусловливает длительное затухание люминесценции кристаллов после прекращения их возбуждения. В этом случае для описания затухания люминесценции следует заменить вышеприведенные дифференциальные уравнения системой дифференциальных уравнений, содержащих несколько переменных, учитывающих захват электронов на ловушки.
Анализ этой системы показывает, что если ловушки расположены по соседству с центрами свечения и если возбужденные электроны пробегают очень малые расстояния (меньше 10-6 см), перемещаясь лишь от ловушки до центра свечения или наоборот, то такую систему можно рассматривать как независимую. В этом случае вероятность рекомбинации постоянна во времени, и затухание будет следовать экспоненциальному закону (в данной ситуации время t соответствует пребыванию электрона в ловушке).
Если ловушки распределены в пространстве независимо от центров свечения и пробег электрона достаточно велик, чтобы позволить ему рекомбинировать с большим числом центров (пробег больше 10-5 см), то вероятность рекомбинации будет пропорциональна числу ионизированных центров. Мы опять получаем для кинетики затухания уравнение гиперболы второго порядка. Скорость затухания при этом будет определяться, в основном, временем пребывания электронов на ловушках.
Таким образом, затухание по гиперболе второго порядка однозначно устанавливает, что люминесценция является рекомбинационной. Часто ситуация существенно усложняется из-за вклада в кинетику затухания ловушек различного типа, отличающихся друг от друга глубиной. Тем не менее, математический анализ процесса показывает, что и в этом случае затухание рекомбинационной люминесценции подчиняется гиперболическому закону, но с показателем степени 1 £ p £ 2.
Это приводит к уравнению гиперболы дробной степени
I = 
,
(13)
впервые эмпирически полученному Э. Беккерелем.
Приборы и принадлежности: люминофор (сульфид цинка с примесью меди: ZnS:Сu); лампа накаливания (мощность 100 Вт); фоторезистор ФПП-7-1; микроамперметр (0 ¸ 50 мкА); источник постоянного напряжения (0 ¸ 10 В); секундомер.
Описание экспериментальной установки
|
|
фоторезистора может
использоваться фотодиод – см. указание на
стенде), в цепь которого подключены источник постоянного напряжения –
батарея, микроамперметр μА и переключатель. При закрытии кассеты фотоприёмник
устанавливается непосредственно напротив люминофора. Переключатель используется
для предохранения фотоприёмника от мощного излучения лампы накаливания.
Порядок выполнения работы и расчет ошибок измерений
1. Закрыть кассету с кристаллофосфором и, переводя переключатель в положение 1, измерить темновой ток фоторезистора.
2. Установить лампу накаливания на расстоянии R1 напротив кристаллофосфора; включить лампу, переведя переключатель в положение 2; открыть кассету и освещать кристаллофосфор 3 мин (промежуток времени, за который возбуждение данного люминофора доходит до насыщения).
3. Закрыть кассету, выключить лампу накаливания и включить фоторезистор, переведя переключатель из положения 2 в положение 1. Отсчитав по секундомеру 10 секунд с момента закрытия кассеты, начать снимать показания микроамперметра. Общее время t измерений силы тока I1– не менее 3 мин; результаты следует записать в соответствующий столбец таблицы 1.
Провести подобные измерения ещё четыре раза, сняв зависимости I2(t), I3(t), I4(t) и I5(t); полученные данные также занести в таблицу 1.
4. Повторить действия, описанные в пп. 2 и 3 при увеличении расстояния между кристаллофосфором и лампой до R2. Данные измерений занести в таблицу, аналогичную таблице 1.
5. Если темновым током фоторезистора нельзя пренебречь, получить истинное значение фототока, вычтя из измеряемых показаний микроамперметра величину темнового тока (IТЕМН).
6. Определить средние арифметические значения силы тока фоторезистора IСР в исследуемые моменты времени затухания люминесценции и полученные данные занести в таблицу (примем одинаковые обозначения силы тока через фоторезистор и интенсивности люминесценции, так как в данных условиях это прямопропорциональные величины).
7. По полученным данным построить график зависимости I от t для двух фиксированных расстояний R1 и R2.
Таблица 1
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.