Термо-, фото-, рентгено- и катодолюминесценция, страница 3

Возможности ФЛ расширяются путем возбуждения центров люминесценции через зону проводимости. Такая фотолюминесценция уже относится к рекомбинационному типу. В диэлектрических веществах для возбуждения такой ФЛ требуются источники вакуумного ультрафиолета, которые представляют собой сложные и дорогостоящие устройства. Поэтому такой способ возбуждения ФЛ в диэлектриках используется редко. Однако он широко используется для полупроводников из-за узкой ширины запрещенной зоны. В них такая рекомбинационная ФЛ возбуждается излучением аргоновых и ксеноновых лазеров желтого и синего диапазонов.

В большинстве случаев интенсивность ФЛ не слишком велика. Поэтому для ее регистрации используются чувствительные фотоприемники – фотоэлектронные умножители (ФЭУ), зачастую работающие в режиме счета фотонов. Интенсивность ФЛ сильно (в сотни раз) возрастает при охлаждении кристаллов. Поэтому образцы, как правило, охлаждают до криогенной температуры. Следует отметить, что хотя люминесцентный анализ вещества при низкой температуре представляет интерес для изучения его структуры, природы самих ЦЛ и т.п., но экстраполяция результатов такого анализа на нагретое до комнатной температуры вещество может быть не вполне корректна, из-за возможных фазовых превращений и изменения межатомных расстояний. Рабочая же температура большинства подвергаемых фотолюминесцентному анализу веществ таких, как сцинтилляторы, лазерные кристаллы и стекла, оптические и полупроводниковые материалы, близка именно к комнатной температуре.

Рентгенолюминесценция (РЛ) по своему физическому типу относится к обширному классу рекомбинационной люминесценции. Первичным актом облучения рентгеновским излучением вещества является его ионизация. При этом из-за большой энергии кванта рентгеновского излучения в веществе образуются вторичные электроны высоких энергий, которые способны вызывать вторичную ионизацию. С энергетической точки зрения один квант характеристического излучения линии K_a вольфрама (hn=60кэВ) эквивалентен 17 000 квантам ультрафиолетового света при l=365 нм, которое широко используется для возбуждения фотолюминесценции. Поэтому, казалось бы, что интенсивность РЛ должна быть значительно выше интенсивности ФЛ. Фактически же интенсивности РЛ и ФЛ сравнимы. Это связано с низким коэффициентом поглощения рентгеновских лучей, который приблизительно пропорционален кубу длины волны.

Поскольку возбуждение РЛ происходит посредством первоначальной ионизации вещества, то в ее спектре одновременно проявляются полосы излучения разных ЦЛ, в том числе электронных и дырочных центров. По этой причине спектр РЛ, как правило, содержит больше спектральных полос, чем спектр ФЛ. При этом круг неорганических веществ, люминесцирующих под действием рентгеновского излучения шире, чем при фотовозбуждении. В общем случае центры полос РЛ и ФЛ для одних и тех же центров люминесценции совпадают, но бывают и исключения. Кроме того, в спектральных полосах РЛ практически отсутствует тонкая структура даже при охлаждении образцов до криогенной температуры. Это касается и алмаза, у которого колебательная структура полосы N3-центра в ФЛ наблюдается даже при комнатной температуре кристалла, а в РЛ наблюдается широкая однотипная бесструктурная полоса. Это свойство РЛ используется в системах рентгенолюминесцентной сепарации алмазов из горной породы.

Для возбуждения РЛ используются электронно-рентгеновские трубки с медным, железным, кобальтовым или молибденовым анодом. Величина ускоряющего электроны напряжения варьируется обычно в пределах 30-55 кВ, а величина электронного тока – от 10 до 40 мА. Люминесцентный анализ посредством РЛ проводят при охлаждении образцов до температуры жидкого азота, хотя для РЛ температурное тушение менее существенно, чем для ФЛ. Например, интенсивность РЛ кристаллов галоидов свинца при комнатной температуре всего в 25 раз меньше, чем при температуре жидкого азота.