Из-за сильного теплового воздействия спектр катодолюминесценции непрерывно изменяется в течение времени наблюдения. Изменения в спектре обусловлены не только нагревом и модификацией облучаемой зоны вещества во время облучения, но и изменением примесного состава облучаемой зоны вещества, являющегося следствием испарения поверхностных слоев. Высокая чувствительность люминесценции к примесям и другим дефектам структуры вещества, являющаяся, в общем случае, положительным свойством люминесценции, для стационарной КЛ оказывается негативным явлением. Это связано с тем, что дефектная структура поверхностного слоя существенно отличается от дефектной структуры внутреннего объема вещества. В частности, в узком слое толщиной (0,1¸1) мкм, одинакового порядка с глубиной проникновения электронов с энергией (5¸15) кэВ, сосредоточены сорбированные атмосферные атомы и молекулы, а в слое толщиной до 20 мкм имеется повышенное содержание примесных ионов. Поверхностные дефекты, особенно не свойственные внутреннему объему, сильно искажают спектральную информацию о самом веществе. Поэтому при возбуждении стационарной катодолюминесценции поверхностный слой удаляют механическим или химическим способами. Это априори приводит к нарушению внешней формы образца, что недопустимо при анализе готовых изделий, в частности, драгоценных камней.
По условиям возбуждения (необходимость вакуума) стационарная КЛ не применяется к веществам с высокой упругостью пара, в частности, к жидкостям. Она не возбуждается или плохо возбуждается во многих аморфных средах, особенно в стеклах. Применение стационарной КЛ ограничено также нестабильностью спектра излучения.
Квазистационарная катодолюминесценция Очевидно, что влияние поверхностных дефектов на качество люминесцентной информации можно существенно снизить и даже полностью устранить путем увеличения глубины пробега электронов. Для этого надо увеличить их энергию (4). Увеличить энергию первичных электронов до (20÷70)кэВ стало возможным при металлизации и заземлении облучаемой поверхности образцов. Этот прием обеспечил устойчивый сток избыточного отрицательного электрического заряда, ликвидировал условия формирования запирающего потенциала, препятствующего проникновению первичных электронов в вещество и обеспечил режим возбуждения, близкий к стационарному. Однако стационарность в данном случае обеспечивается не эмиссией вторичных электронов с поверхности, а оттоком избыточного заряда из образца через токопроводящее покрытие.
При энергии первичных электронов (20÷70) кэВ толщина возбуждаемого слоя вещества достигает значения de = (3¸30) мкм (4), которое на один-два порядка больше чем в случае стационарной КЛ. Вместе с этим увеличивается и характерное время диффузии тепловой энергии из возбуждаемого объема вещества до tT »(10-4¸10-3) с (7). Это означает, что при длительном возбуждении (типичном для стационарной КЛ) существенно возрастает тепловая нагрузка на облучаемый объем. Для ее снижения используется импульсный (длительность импульса – (1÷10) мс) и модулированный (частота модуляции - (100÷300) Гц) электронные потоки с плотностью тока на поверхности образца je = (0,1÷1) А/см2. (Такие потоки генерируются электронными пушками с горячим катодом). В этом случае реализуется квазистационарный тепловой режим облучения вещества. Однако и в этом режиме температура облучаемого объема вещества может достигать высокого значения – до 100 K и более (8). Это означает, что и при таком режиме возбуждения не исключена вероятность деструкции и модификации вещества в облучаемом объеме и, как следствие этого, искажение люминесцентной информации. Для ослабления действия этих эффектов образцы принудительно охлаждают, помещая их в криостат с температурой жидкого азота.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.