Поглощение света и люминесценция, страница 4

Рекомбинационная люминесценция возникает после ионизации и последующей рекомбинации центров люминесценции. Начальным процессом является ионизация вещества внешним энергетическим воздействием. При этом в кристалле образуются неравновесные носители заряда – свободные электроны и дырки. Часть этих носителей заряда рекомбинирует на определенных центрах, которые называются активаторами. В качестве активаторов могут быть любые дефекты кристаллической решетки, в том числе и центры люминесценции. Помимо активаторов в кристаллах практически всегда присутствуют ловушки электронов и дырок, которые могут запасать энергию возбуждения в виде локализованных электронов и дырок. Посредством ряда дополнительных внутренних или внешних процессов ловушки электронов и дырок могут передавать энергию на излучательные уровни центров люминесценции. Таким образом, в общем случае в рекомбинационной люминесценции принимают участие и энергетические зоны кристалла (валентная и проводимости) и локальные уровни ловушек и активаторов. При этом даже в системе с одним активатором излучение возникает как последняя стадия нескольких различных процессов. Оно возникает на переходе с излучательного уровня активатора. После прекращения внешнего возбуждения изменение интенсивности рекомбинационной люминесценции описывается кинетикой II порядка (6). Только в том случае, когда ионизованный центр всегда рекомбинирует со своим собственным электроном, т. е. электрон не успевает от него удалиться, кинетика описывается экспоненциальным законом.

Из этой классификации видно, что к фосфоресценции следует отнести метастабильную и частично рекомбинационную люминесценцию, в процессе которой принимают участие долгоживущие ловушки электронов и дырок.

Люминесценцию в твердых телах можно возбудить путем передачи им внешней энергии разного качества. При этом на одном и том же оптическом переходе может возбуждаться либо спонтанная, либо метастабильная, либо рекомбинационная люминесценция. Т.е. проявляется зависимость спектральных и кинетических параметров люминесценции от вида внешней энергии. В связи с этим в 1901 Е Видеман предложил определять возбуждающее действие приставкой к слову люминесценция. Такая терминология оказалась настолько удобной, что она и сейчас используется на практике. В настоящее время выделяют несколько таких видов люминесценции, классифицируемых по способу возбуждения. Фотолюминесценция возбуждается оптическим, в том числе и лазерным излучением. Рентгенолюминесценция возбуждается рентгеновским излучением. Катодолюминесценция возбуждается потоками электронов. Термолюминесценция возбуждается нагревом, предварительно облученных жестким излучением образцов твердого тела. Электролюминесценция возбуждается сильными постоянными и переменными электрическими полями. Радиолюминесценция возбуждается космическими лучами и продуктами радиоактивного распада. Триболюминесценция возбуждается при трении и разрушении некоторых кристаллов. Кристаллолюминесценция наблюдается при кристаллизации некоторых веществ. Сонолюминесценция возбуждается ультразвуковыми волнами. Хемилюминесценция возбуждается при химических реакциях. Из них наиболее широко используются четыре первых вида. О них мы поговорим подробно на следующей лекции, а сейчас кратко рассмотрим особенности остальных видов люминесценции.

Электролюминесценция была обнаружена относительно недавно в 1947 году Г. Дестрио. Она возникает при приложения к кристаллу переменного или постоянного электрического поля напряжением до 300 В и проявляется в виде вспышек света или в виде непрерывного свечения. Электролюминесценция свойственна активированным полупроводниковым кристаллам. Начальным актом ее возбуждения является ионизация вещества – переход электрона из валентной зоны в зону проводимости. Сама люминесценция является конечным актом рекомбинации свободных электронов и дырок. Т.е. электролюминесценция по своей физической природе относится к типу рекомбинационной люминесценции. Необходимым условием ее возбуждения является достаточная электропроводность кристаллов. В случае кристаллов с низкой электропроводностью, то ее повышают активирующей примесью. Такой прием используется для полупроводниковых кристаллов. Однако в широкозонных (широкая запрещенная зона) кристаллах-диэлектриках повышение электропроводности таким образом не достигается. В некоторых кристаллах-диэлектриках электролюминесценция может наблюдаться при нагреве кристаллов до 400-500 ^оС. Электролюминесценция сейчас широко применяется в светодиодах, полупроводниковых инжекционных лазерах, в тонкопленочных полупроводниковых экранах цветного изображения.