3.4.Порядок выполнения работы и задание.

1. Ознакомиться с измерительной установкой.

2. Возбуждая кристаллофосфор светом из области собственного поглощения, провести измерения спектра его фотолюминесценции.

3. Построить спектр люминесценции в координатах I~Е (см. работу 1) и определить положение максимума (hv_u) наблюдаемой полосы люминесценции.

4. Провести измерения температурной зависимости интенсивности излучения в максимуме изучаемой полосы люминесценции.

5. Представить зависимость I(Т) в координатах и рассчитать энергию активации .

6. Сравнить полученное значение величины и разности ( ) и сделать вывод о точечной или ассоциативной (донорно-акцепторной) природе центров свечения.

7. При установлении ассоциативной природы центров свечения, пользуясь уравнением (3.7) и значениями величин E_g рассчитать энергию кулоновского взаимодействия между донорами и акцепторами, а также расстояние R между ними.

8. Сравнить рассчитанное значение величины R с постоянной кристалли­ческой решетки исследуемого полупроводника.

4. Инфракрасная вспышка люминесценции

Если образец, возбуждаемый светом из области собственного поглощения полупроводника, осветить дополнительно инфракрасным (ИК) светом, то в момент его включения (t₀) наблюдается резкий всплеск интенсивности люминесценции. Это явление получило название ИК-вспышки люминесценции.

4.1. Теория ик-вспышки люминесценции.

Величина ИК-вспышки количественно оценивается отношением

, (4.1)

где I₀, I_ик – интенсивности люминесценции при стационарном возбуждении (t < t₀) и в момент включения ИК-света (t = t₀). Характерно, что при t >> t₀, когда действуют и основная и дополнительная засветки, установившееся значение интенсивности люминесценции оказывается ниже величины I₀.

ИК-вспышку объясняют следующим образом. При включении ИК-света происходит освобождение электронов с ловушек. Поскольку в первый момент времени концентрация дырок на центрах свечения не успевает существенно измениться, то интенсивность люминесценции возрастает во столько раз, во сколько раз увеличивается концентрация свободных электронов, то есть

, (4.2)

где n₀, n_ик – концентрации электронов до включения и в момент включения ИК-света. Спустя время, равное времени жизни свободных электронов, изменение интенсивности люминесценции будет определяться уже не ростом концентрации свободных электронов, а уменьшением величины концентрации дырок на центрах свечения (p_r). Снижение величины p_r происходит из-за уменьшения запаса электронов на ловушках (n_t), называемого светосуммой. Согласно условию электронейтральности . Поэтому после ИК-вспышки люминесценции наблюдается релаксация свечения до нового более низкого стационарного уровня.

Для цинксульфидных фосфоров, у которых вероятность повторного захвата неравновесных носителей тока больше вероятности их рекомбинации и в условиях низкого уровня возбуждения можно получит следующее соотношение для величины ИК-вспышки люминесценции:

, (4.3)

где - вероятность высвобождения электронов с ловушек под действием инфракрасного света (P - постоянная величина, - интенсивность инфракрасного света), W_t0 - вероятность теплового высвобождения электронов с ловушек. Величина W_t0 определяется функцией Больцмана:

, (4.4)

где W₀-постоянная величина, E_t –энергия термической активации ловушек. С учетом (4.4) уравнение (4.3) можно записать в таком виде

. (4.5)

Так как практически не зависит от температуры, то зависимость от 1/T представляется в виде прямой, наклон которой позволяет определить энергию термической активации ловушек. Целью данной работы является определение величины энергии активации ловушек путем исследования осциллограмм ИК-вспышки люминесценции, измеренных при различных температурах кристаллофосфора.