Отчет ФТТ №4

Персональный компьютер со специальным ПО.

2.2 Описание установки

Установка состоит из ПЭВМ и прибора САПФИР. Вся работа проводится на компьютере на специальной программе. Прибор САПФИР состоит из фотоэлектронного умножителя ФЭУ-39А и нагревательного элемента, на последнем помещается исследуемый образец.

3 Теоретическая часть

Люминесценция – спонтанное электромагнитное излучение, возникающее в диэлектрических и полупроводниковых материалах при переходах носителей зарядов (электронов или дырок) с уровней большей энергии на уровни с меньшей.

Свечение материалов под действием тепла, или термолюминесценция, обусловлено наличием в нем ничтожных количеств посторонней примеси (активатора) или дефектов кристаллической решетки, создающих в веществе центры захвата и центры свечения.

В возбужденном состоянии все глубокие центры ионизованы, а все оторванные от них электроны захвачены ловушками.

Локализованные на ловушках заряды могут быть освобождены. Один из способов такого освобождения – подогрев тела, при этом электрон из неглубоких центров (ловушек) вылетает, а из глубоких нет. Такая люминесценция называется термостимулированной люминесценцией.

Кинетика ТСЛ:

1. Мономолекулярная. Вероятность рекомбинации свободного носителя много больше вероятности его поверхностного захвата.

2. Бимолекулярная. Вероятность повторного захвата электронов ловушками много больше вероятности рекомбинации.

4 Основные соотношения и методы расчета

4.1 Метод Урбаха (использует спадающую часть пика ТСЛ)

,

где Е – энергия термической активации (энергетическая глубина ловушки), k – постоянная Больцмана (k=8,617·10⁻⁵эВ·К⁻¹), T_m – температура (в Кельвинах), соответствующая J_m, J_m – максимум интенсивности пика, S_m – площадь пика со стороны высоких температур, l – показатель кинетики процесса ТСЛ.

,

где S_m – площадь пика со стороны высоких температур, S₀ – общая площадь пика ТСЛ, δ₀, δ_m – ширина и полуширина на полувысоте.

,

где p₀ – частотный фактор – величина, пропорциональная частоте эффективных соударений (для l=1), способных выбросить электроны из ловушек, μ – скорость нагрева.

4.2 Метод Лущика (использует спадающую часть пика ТСЛ, рассматривает пик в приближении треугольника)

, .

4.3 Определение порядка кинетики

если , то ;

если , то .

5 Экспериментальная часть

5.1 Методика проведения измерений

С каждого пика ТСЛ снимается 9 экспериментальных точек, включая точки на полувысоте пика и точку в максимуме.

Используя данные Таблицы 1, для каждого максимума ТСЛ определяется, площадь под кривой S₀, имп/с, и порядок кинетики l.

По данным Таблицы 2 и результатам расчетов (S₀, l) вычисляется энергетическая глубина и частотный фактор ловушек методами Урбаха и Лущика.

5.2 Экспериментальные данные

Таблица 1

6 Вычисления

6.1 Первый образец

→

1. Метод Урбаха

2. Метод Лущика

6.2 Второй образец

→

1. Метод Урбаха

2. Метод Лущика

Таблица 2

7 Выводы В данной лабораторной работе была проведена термолюминесцентная спектроскопия для изучения дефектов в кристалле Ai₂O₃. По полученным в ходе эксперимента данным был построен график зависимости интенсивности излучения образца от температуры. Затем определен порядок кинетики, энергетическая глубина центров захвата и частотный фактор. Исследование кривых было проведено двумя методами: метод Урбаха и метод Лущика. Значения экспериментальных величин по порядку совпадают. Однако расхождения обуславливаются порядком точности каждого из методов. Метод Урбаха является более точным, потому что учитывает несимметричность графика J(T), в то время как в методе Лущика пик рассматривается в приближении к треугольнику.

Екатеринбург 2013