2.2. Методика измерения спектров возбуждения

Схема измерительной установки приведена на рис.3.

Рис.3.Схема экс-периментальной установки для измерения спектров возбуждения фотолюминесценции.

Возбуждение люминесценции осуществляется при помощи лампы накаливания (S), нап­ряжение на которой регулируется ЛАТРом и контролируется вольтметром. Свет от источника возбуждения фокусируется линзой (Л₁) на входную щель монохроматора УМ-2 (М₁). Световое излучение с выхода монохроматора (М₁) фокусируется линзой (Л₂) и направляется зеркалом (3) на исследуемый образец (О). Люминесцентное свечение исследуемого образца фокусируется при помощи линзы (Л_З) на входную щель монохроматора УМ-2 (М₂) и регист­рируется фотоумножителем ФЭУ-22 (область спектральной чувствитель­ности 400-1000 нм). Питание ФЭУ осуществляется от стабилизированного источника ВС-23. Электрический сигнал, пропорциональный интенсивности люминесцентного излучения, с выхода ФЭУ усиливается усилителем посто­янного тока ИМТ-05 и измеряется гальванометром М-95 (Г).

Для более полной идентификации электронных переходов, происхо­дящих при возбуждении кристаллов, одновременно с изучением спектров возбуждения люминесценции осуществляются измерения спектров фотопроводимости. При этом исследуемый кристалл снабжается омическими контактами и подключается в цепь, собранную по мостовой схеме.

2.3. Порядок выполнения работы и задание.

1. Ознакомиться с измерительной установкой.

2. Освещая образец светом из области собственного поглощения, определить положение максимума полосы фотолюминесценции.

3. Произвести измерения спектров возбуждения люминесценции в максимумах полос свечения исследуемых образцов.

4. Произвести измерения спектров фотопроводимости.

5. Сравнивая спектры возбуждения люминесценции и фотопроводимости, опре­делить механизмы возбуждения люминесценции, энергии оптических пере­ходов и положения уровней рекомбинации в запрещенной зоне полу­проводника.

6. Построить схему оптических переходов, описывающую процессы возбужде­ния люминесценции в исследуемом кристалле.

3. Температурное гашение люминесценции

При изменении температуры кристаллофосфора наблюдается существенное уменьшение интенсивности фотолюминесценции в максимумах различных полос излучения. Рассмотрим механизмы температурного гашения люминесценции на точечных и донорно-акцепторных центрах свечения.

3.1.Температурное гашение рекомбинационной люминесценции на точечных центрах свечения

Р ассмотрим кристаллофосфор, в котором содержатся центры излучательной (R) и безызлучательной (S) рекомбинации. Предпо­ложим, что R-центр является точечным. Энергетические уровни указанных центров расположены в запрещенной зоне полупроводника, как это показано на рис. 4, а.

Рис. 4. Зонная схема кристаллофосфора, содержащего

центры излучательной и безызлучательной рекомби­нации.

При освещении кристаллофосфора светом из области собственного поглощения образуются свободные электроны и дырки (переход 1). Предположим, для определенности, что рассматриваемый полупровод­ник обладает электронной проводимостью. Тогда неравновесные дыр­ки, образующиеся в результате фотовозбуждения, будут захвачены на локальные уровни (R, S), расположенные в пределах запрещенной зоны полупровод­ника (переходы 2, 4). Рассмотрим температурную зависимость интенсивности люминесценции при наличии двух каналов рекомбинации (пе­реходы 3, 5).При увеличении температуры образца возрастает веро­ятность термического освобождения дырок с R-уровней в валентную зону (переход 2). В дальнейшем свободные дырки локализуются на S-центрах (переход 4), а затем безызлучательно рекомбинируют на них (переход 5). Таким образом, температурное тушение рекомбинационной люминесценции обусловлено перелокализацией дырок с R-центров на S-центры безызлучательной рекомбинации.

Для получения количественного соотношения между интенсивностью рекомбинационной люминесценции и температурой кристаллофосфора необходимо рассмотреть соотношение вероятностей излучательных ( ) и безызлучательных ( ) переходов для данного центра свечения. Поскольку безызлучательные переходы являются термическими, то в невырожденном полупроводнике величина может быть определена из соотношения Больцмана:

, (3.1)

где -постоянная величина, -энергия термической активации R-центров, k -постоянная Больцмана, T - абсолютная температура. В области температурного гашения интенсивность люминесценции

, (3.2)

где: -интенсивность люминесценции в отсутствие гашения. Так как не является функцией температуры, то  постоянная величина. С учетом этого, а также (3.1), уравнение (3.2) примет вид

. (3.3)

Из (3.3) видно, что зависимость интенсивности люминес­ценции от температуры, построенная в координатах , представляет собой прямую линию с наклоном равным . В тех случаях, когда на кривой зависимости I(T) нет участка, где интенсив­ность свечения не зависит от температуры, полученные результаты представляются в координатах . Такое приближение справедливо в области сильного гашения, когда .