- •Люминесценция полупроводников
- •Оглавление
- •1. Спектры и3лучения
- •1.1.Формы представления спектров излучения
- •1.2.Методика измерения спектров люминесценции
- •1.3.Порядок выполнения работы и задание
- •2. Спектры возбуждения фотолюминесценции
- •2.1. Механизмы возбуждения люминесценции
- •2.2. Методика измерения спектров возбуждения
- •2.3. Порядок выполнения работы и задание.
- •3. Температурное гашение люминесценции
- •3.1.Температурное гашение рекомбинационной люминесценции на точечных центрах свечения
- •3.2.Температурное гашение люминесценции на донорно-акцепторных парах
- •3.3.Методика эксперимента
- •3.4.Порядок выполнения работы и задание.
- •4. Инфракрасная вспышка люминесценции
- •4.1. Теория ик-вспышки люминесценции.
- •4.2. Методика эксперимента.
- •4.3. Порядок выполнения работы и задание.
- •Литература
3.2.Температурное гашение люминесценции на донорно-акцепторных парах
Рассмотрим особенности температурного тушения люминесценции на донорно-акцепторных парах. При этом в запрещенной зоне полупроводника располагаются (рис. 4, b) два уровня R-центра: донорный (Д) и акцепторный (А). Ионизация таких центров связана с захватом электронов на доноры и дырок на акцепторы (переходы 1 и 2). Излучательными являются переходы 3. Повышение температуры кристалла вызывает переходы 1' и 2', приводящие к тушению люминесценции. При этом, в зависимости от соотношения энергии активации донора и акцептора , входящих в пару, возможен различный характер зависимости интенсивности люминесценции от температуры. Для определенности предположим, что . Тогда термическая активация доноров наступит при более низких температурах, чем акцепторов. Как следует из теории донорно-акцепторных пар, энергия ионизации таких центров
, (3.4)
где: R - расстояние между донором и акцептором. Поскольку в данном случае тепловой выброс электрона происходит при более низкой температуре, энергия, необходимая для осуществления переходов 1, равна Ed. Энергия кулоновского взаимодействия в этом случае не оказывает влияния на процесс активации доноров, так как дырки, локализованные на акцепторах, экранируют отталкивающее поле отрицательно заряженных центров. При дальнейшем повышении температуры, когда доноры оказываются полностью опустошенными, излучательная рекомбинация осуществляется с участием свободных электронов (переход 3). При более высоких температурах, когда возможен тепловой выброс дырок с акцепторов (переход 2), наблюдается второй участок гашения люминесценции. В этом случае энергия, необходимая для удаления дырок с центров свечения, равна , так как отталкивающее действие положительно заряженного донора на локализованную дырку уже не компенсируется электронами, ранее находящимися на них.
Таким образом, температурная зависимость интенсивности люминесценции на донорно-акцепторных парах, представленная в координатах содержит два линейных участка. Энергия активации, определенная в области низкотемпературного гашения, равна глубине залегания более мелкого уровня. Энергия активации, полученная в области высокотемпературного тушения, равна
. (3.5)
Пренебрегая величиной смещения Франка-Кондона, величину Еa можно оценить из соотношения
, (3.6)
Тогда из уравнений (3.5) и (3.6), можно определить энергию кулоновского взаимодействия в донорно-акцепторной паре:
. (3.7)
3.3.Методика эксперимента
Схема установки, предназначенной для измерения температурных зависимостей интенсивности люминесценции, показана на рис. 5.
Рис. 5. Схема установки для исследования температурных зависимостей интенсивности люминесценции.
Люминесцентное свечение возбуждается при помощи ртутной лампы ДРШ-250 (S). Излучение ртутной лампы, сфокусированное линзой (Л1) на образец (О), проходит через тепловой фильтр из водного раствора СuSO4 (Ф1) и стеклянный фильтр (Ф2) с максимумом пропускания в области 460 нм. Люминесцентное излучение исследуемого кристалла фокусируется линзой (Л2) на входную щель монохроматора УМ-2, за выходной щелью которого расположен фотоумножитель ФЭУ-22 (Ф). Электрический сигнал с выхода ФЭУ регистрируется вольтметром В7-27А/1. Питание ФЭУ осуществляется от высоковольтного стабилизированного источника ВС-22. Температура образца регулируется посредством изменения тока, протекающего в цепи нагревателя (Н), который подключен к источнику постоянного тока УИП-2. Измерение температуры осуществляется при помощи дифференциальной медь-константановой термопары, соединенной с потенциометром ПП-63.