Спектр поглощения и излучения в безпримесных кристаллах, страница 5

Рис. 8. Конфигурация V_H  (H) – центра.

Рассмотренные электронные и дырочные центры в общем случае являются не стабильными образованиями. Они самопроизвольно исчезают особенно при повышении температуры кристалла. Их нестабильность приводит к тому, что в природных минералах они практически не встречаются. Однако существуют и стабильные собственные центры поглощения и люминесценции. Это радикальные центры, которые представляют собой тетраэдрические комплексы типа  и т.п. Это центры дырочного типа и образуются при ионизации стабильных комплексов  и т.п. Такие центры широко распространены в природных и синтетических силикатных кристаллах. Люминесценция этих центров наблюдается в области 400-500 нм. Вторым типом стабильных центров являются деформированные тетраэдрические комплексы переходных металлов – MO₄, где M=W, Mo, Cr, V. Их деформация обеспечивается расположенными рядом анионными или катионными вакансиями. Эти комплексы люминесцируют в видимой области спектра, а люминесценция характеризуется большим стоксовым сдвигом – несколько электроновольт.

Литература

Н.Ашкрофт, Н.Мермин. Физика твердого тела. –  Т.1 и Т.2 М.: МИР, 1979.

О. Маделунг. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп. – М.: МИР, 1967.

Лекция 8.

СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ В БЕЗПРИМЕСНЫХ КРИСТАЛЛАХ

,                                  (1)

Металл (элемент)	Длины волн, ниже которых металл прозрачен, нм	Энергия Ферми EF, эВ
Литий (Li)	200	4,74
Натрий (Na)	210	3,23
Калий (K)	310	2,12
Рубидий (Rb)	360	1,85
Цезий (Cs)	440	1,59

,                                            (2)

Рис.1. Разные виды границ кристаллических зон (валентной и проводимости) в зависимости от волнового числа

Рис. 2. Спектр поглощения в экситонные состояния KI (узкие полосы), образованных вблизи максимумов и минимумов валентной зоны и зоны проводимости, представленных на следующем рис.3.

Рис. 3. Зонная структура KI. Вертикальными стрелками указаны экситонные переходы, представленные на предыдущем рис.2.

модуль , может принимать значения в интервале

Экситон Ванье-Мотта

,                                        (3)

n – главное квантовое число,  - приведенная масса экситона, m_e и m_h – эффективные массы электрона и дырки в кристалле, m – масса свободного электрона.

.                                                (4)

Экситон Френкеля

,                    (5)

Экситон Гиппеля

,                                         (6)

где a - постоянная Маделунга, a – постоянная кристаллической решетки.

.             (7)

E_p – энергия сродства электрона с атомом галогена, E_j – энергия ионизации атома щелочного металла, W_pol – энергия взаимодействия образовавшегося экситона-диполя с индуцированными при таком образовании диполями окружающих ионов.

Рис. 4. Возникновение собственных дефектов в ионных кристаллах.

F-центр, F_n – центр, F₂-центр обозначают как M-центр, а F₃ – как R-центр, -центр, -центр.

Рис. 5. Агрегатные F₂ (M-центр) (а) и F₃ (R-центр) центры (б)

Рис. 6. Пики поглощения кристалла KCl, обусловленные различными комбинациями F-центров.

V_k –центр, V_H –центр или просто H-центр, V_F–центр – аналог электронного F-центра.

Рис. 7. Конфигурация V_k –центра.

Рис. 8. Конфигурация V_H  (H) – центра.

 из комплексов . MO₄, где M=W, Mo, Cr, V.