Гольдман олександр генріхович

(1884-1971)

Перший в Україні розпочав дослідження з фізики напівпровідників, зокрема вивчав явища випрямлення в напівпровідниках, явища на контакті „метал-напівпровідник”, закономірності вентильного ефекту.

ЛАШКАРЬОВ ВАДИМ ЄВГЕНОВИЧ

(1903-1974)

Запропонував у 1941 р. метод термозонда для вивчення поширення питомого опору в глибину запірного шару і вперше виявив р-n- перехід в закисі міді. Експериментально довів, що випрямлення струму на контакті двох напівпровідників пов’язане з наявністю різних типів провідності (електронної і діркової) з різних боків кон­такту.

НАСЛЄДОВ ДМИТРО МИКОЛАЙОВИЧ

(1903-1975)

Розробив технологію одержання монокрис­талів арсеніду галію і арсеніду індію, p-n- пере­ходи на їх основі, дослідив електричні, оптичні, фотоелектричні, люмінесцентні властивості нових матеріалів.

Вказав на можливість стимульованого вип­ромінювання і p-n- переходу в арсеніді галію і спостерігав його.

ТУЧКЕВИЧ ВОЛОДИМИР МАКСИМОВИЧ

(нар.1904р.)

Відкрив цікаві властивості діодів легованих золотом, вивчав поведінку електронів і дірок в системах з декількома електронно-дірковими переходами. Ці дослідження привели до розроблення принципів одержання германієвих плоских діодів і тріодів, фотоелементів. Розробив перші в СРСР германієві та кремнієві діоди і тріоди.

ЛЯШЕНКО ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ

(1902-1975)

Вивчав фізичні процеси у контактах напівпровідників, де відкрив важливі явища збіднення і збагачення приконтактної області напівпровідника носіями струму під впливом прик­ладеного поля, що мають важливе значення в роботі напівпровідникових приладів, зокрема, в діодах і тріодах.

§144. Люмінесценція твердих тіл

У природі існує випромінювання, яке відрізняється за своїм характером від всіх відомих видів випромінювання, а саме від теплового випромінювання, відбивання, розсіювання світла і т.д.. Це люмінесцентне випромінювання. Воно має такі особливості:

на окремих ділянках спектра спект­ральна густина люмінесцентного випромінювання перевищує спектральну густину випромінювання абсолютно чорного тіла;

люмінесцентне свічення речовини продовжується деякий час після припинення опромінення. Тривалість люмінесценції змінюється для різних речовин залежно, від умов, в широких границях, від мільярдних часток секунди до багатьох годин і навіть діб. У першому випадку це флуоресценція , а в другому – фосфоресцен­ція;

люмінесценція є власне випромінювання тіл, кожна речовина має певний характерний для неї спектр люмінес­ценції.

Об'єднуючи ці всі ознаки, С.І. Ваві­лов дав таке визначення люмінесценції:

люмінесценція – це оптичне випромінювання тіла, що є надлишковим над тепловим того самого тіла в даній спектральній області при тій же температурі, що має тривалість свічення більше ніж , тобто не припиняється одразу після усунення причини, що викликала свічення.

Залежно від способу збудження люмінесценції розрізняють декілька її видів:

• свічення, що виникає під дією світло­вого випромінювання як видимого, так і більш короткохвильового (фотолюмінесценція);

• свічення, що виникає при електричних розрядах (електролюмінесценція);

• свічення, що збуджується ударами електронів (катодолюмінесценція);

• свічення, яке викликане хімічними перетвореннями всередині тіла (хемілюмінесценція).

Дослідне вивчення спектрів люмінесценцій показало, що вони відрізняється від спектрів збуджуючого випромінювання.

Згідно з правилом Стокса спектр люмінесценції в цілому і його максимум завжди виявляються в області більш довших хвиль порівняно зі спектром поглинутого випромінювання, здатного викликати цю люмінесценцію(рис. 375).

Це правило з точки зору квантової теорії означає, що енергія поглинутого фотона частково витрачається на неоптичні процеси, тобто

,

звідки , або, що і виходить із сформульованого правила.

Ступінь перетворення поглинутої енергії в енергію випромінювання характеризується „виходом люмінесценції”. С.Вавілов ввів

1) енергетичний вихід - відношення енергії, яка випромінюється люмінофором при повному висвічуванні, до енергії, яка ним поглинута:

,

2) квантовий вихід – відношення числа квантів , що випромінені речовиною, до числа поглинутих квантів:

.

С. Вавілов встановив такий закон: величина енергетичного виходу спочатку росте пропорційно до довжині хвилі збуд­жуючого світла, а потім швидко падає до нуля.

Пропорційне збільшення енергетич­ного виходу із збільшенням збуджуючого світла означає, що в цьому інтервалі довжин хвиль квантовий вихід люмінесценції залишається сталим (рис. 376).

Справді, допустимо, що кожний фотон збуджуючого світла створює фотон люмінесценції, тобто . У цьому випадку енергетичний вихід дорівнює відношенню енергії фотона люмінесценціїдо енергії збуджуючого світла:

,

тобто енергетичний вихід пропорційний до довжини хвилі збуджуючого світла. Однак як тільки енергія падаючого фотона виявиться недостатньою для збудження атома, люмінесценція припиняється, квантовий і енергетичний виходи дорівнюють нулю, про що свідчить швидке падіння кривих на рис. 376.

Розглянемо механізм виникнення люмінесценції у твердих кристалічних тілах. Дослід показує, що кристали з високим ступенем досконалості ґратки практично не люмінесціюють. Для надання люмінесцентних властивостей в їх структурі необхідно створити дефекти. Найбільш ефективними дефектами є домішки сторонніх атомів. Ці домішки називаються активаторами.

Складні, виготовлені штучно кристалічні речовини з дефектами внутрішньої структури, які мають високі люмінесцентні властивості, називаються кристалофос­форами.

До складу кристалофосфорів входять звичайно три компоненти: основна речовина, активатор і плавні. У ролі основної речовини використовують ZnS, CdS, CaSта ін., у ролі активаторів – важкі метали:Ag, Cu, Bi, Mnі т.д.; у ролі плавнів – легкоплавкі солі.

Розглянемо механізми виникнення люмінесценції з погляду зонної теорії твердих тіл. Між валентною зоною Іі зоною провідностіІІкристала фосфора розміщуються домішкові рівні активатора (рис. 377). При поглинанні атомом активатора фотона з енергієюелектрон з домішкового рівня переводиться в зону провідності, вільно переміщується по кристалу доти, доки не зустрінеться з іоном активатора і рекомбінує з ним, перейшовши знову на домішковий рівень. Рекомбінація супроводжується випроміненням кванта люмінесцентного випромінювання. Час випромінювання люмінофора визначається часом життя збудженого стану атомів активатора, який не перевищує мільярдних часток секунди. Тому свічення є короткочасним (флуоресценція) і зникає швидко після припинення опромінення.

Для виникнення тривалого свічення кристалофосфор повинен містити також центри захоплення або пастки для елек­тронів, якими є незаповнені локальні рівні і, що лежать поблизу дна зон провідності (рис. 378). Вони можуть бути утворені атомами домішок, атомами в міжвузловинах. Під дією світла атоми активатора збуджуються, тобто електрони з домішкового рівня переходять в зону провідності і стають вільними. Однак вони захоплюються пастками, внаслідок чого втрачають свою рухливість, тобто здатність рекомбінувати з іонами активатора. Звільнення електрона з пастки вимагає певної енергії, яку електрони можуть отримати, наприклад, від теплових коливань ґратки. Електрон, який звільнений з пастки, потрапляє в зону провідності і рухається вільно до того часу, доки не буде захоплений пасткою знову або не рекомбінує з іоном активатора. В останньому випадку виникає квант люмінесцентного випромінювання. Тривалість цього процесу визначається часом перебування електрона в пастках.

Явище люмінесценції отримало ши­роке застосування в практиці, наприклад, люмінесцентний аналіз – метод визначення складу речовини за характерним для неї свіченням.

Люмінофори використовуються в люмінесцентних лампах, є активним середовищем активних квантових генераторів і сцинтиляторів, застосовуються в електрон­но-оптичних перетворювачах тощо.