Расчет внутризонной электронной радиолюминесценции диэлектриков

• Автор: Харитонова, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 СВЕЧЕНИЕ НЕЛОКАЛИЗОВАННЫХ
ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК
1.1 Зонные электроны и дырки в диэлектриках
1.2 Классификация видов люминесценции
1.3 Внутризонная электронная люминесценция оптических
диэлектриков. Обзор экспериментальных данных
1.4 Теоретические оценки свойств внутризонной электронной люминесценции
1.5 Прямое экспериментальное доказательство явления
внутризонной электронной люминесценции диэлектриков
1.6 Межзонная дырочная люминесценция диэлектриков
(кросслюминесценция)
1.7 Цель и конкретные задачи работы
2 «МГНОВЕННЫЙ» СПЕКТР ИОНИЗАЦИОННОПАССИВНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ
2.1 Что такое «мгновенный» энергетический спектр ионизационно-пассивных электронов в диэлектрике
2.2 Расчет «мгновенного» спектра ионизационно-пассивных
электронов
2.3 Численное моделирование методом Монте-Карло
2.4 Теоретический расчет «мгновенного» спектра
3 РАСЧЕТ СПЕКТРОВ ВНУТРИЗОННОЙ
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ЩГК
3.1 Алгоритм расчета спектров внутризонной электронной
люминесценции

•3.2 Временная эволюция электронов в пассивной области для ионизации. Квазистационарное распределение ионизационно-пассивных электронов
3.3 Спектры свечения КаС1
3.4 Сравнение расчета с экспериментальными данными
4 РАСЧЕТ СПЕКТРОВ ПИКОСЕКУНДНОЙ
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ С81
4.1 Модель свечения
4.2 Спектр внутризонной электронной люминесценции кристаллов Сэ1, возбуждаемых плотным электронным пучком
4.3 Спектр внутризонной электронной люминесценции Сэ1,
при лазерном возбуждении
4.4 Межзонная дырочная люминесценция
4.5 Спектр свечения Сэ1 как суперпозиция внутризонной электронной и межзонной дырочной люминесценции
4.6 Экспериментальные данные по спектрам свечения Сз1. Сравнение с расчетом
Основные результаты и выводы

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация является продолжением работ по исследованию свечения ионных кристаллов под действием мощных электронных и лазерных пучков, выполненных в Лабораториях нелинейной физики Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН, и посвящена теоретическому расчету и компьютерному моделированию спектров двух сравнительно новых видов фундаментальной люминесценции диэлектриков — внутризонной электронной и межзонной дырочной при импульсном возбуждении плотными электронными и лазерными пучками нано- и пикосекундной длительности.
Исследование радиолюминесценции (люминесценции, возбуждаемой ионизирующим излучением,) началось с изучения свечения минералов, содержащих радиоактивные примеси [1]. Интерес к радиолюминесценции резко возрос после создания сцинтилляционного счетчика [2, 3]. Сцинтилляторы на основе щелочно-галоидных кристаллов (ЩГК) получили широкое применение для регистрации и спектрометрии ионизирующего излучения. Это привело к появлению огромного числа работ, посвященных поискам новых сцинтилляционных материалов и исследованию механизма явления люминесценции в ЩГК [4-9].
Основное внимание уделялось изучению центровой люминесценции, связанной с излучательными переходами электронов (дырок), локализованных на центрах свечения. В зависимости от центра локализации их люминесценцию разделяют на — примесную [10, 11]; — дефектов решетки [12, 13]; — рекомбинационную экситонную [14, 15].
Характерными свойствами этих видов люминесценции являются:
1) излучение в форме ярко выраженных полос; 2) смещение полос излучения относительно полос поглощения (смещение Стокса) и 3) сильная зависимость интенсивности свечения от температуры.
При наличии в кристаллах примесей возникает примесная рекомбинационная люминесценция, конкурирующая с собственной люми-

I, отн. ед.
Е, эВ
Рис. 1.5. Нормированные спектры стационарной катодолюминесцен-ции (3 ~ 1 мкА/см2, V — 5 кВ) не легированных кристаллов ВаРг при разных температурах: 1 - 80 К; 2 - 220 К; 3 - 300 К. Спектр длинноволнового компонента излучения с субнаносекундным затуханием 2 -4 [44]. На вставке — фрагмент зонной структуры ВаИг [60].
2рР~ зоны в нижнюю 5рВа2+. Спектр излучения, обусловленный этими переходами, простирается от 4,0 до 7,3 эВ, что хорошо согласуется с шириной верхней 2р¥~ зоны (3,4 эВ [67]). Это указывает на сравнительно узкий энергетический диапазон, занимаемый дырками в 5рВа2+ зоне в момент фотоперехода. Следовательно, дырки успевают до перехода отрелаксировать и «всплыть» к вершине этой зоны Хф Наличие четырех полос в спектре кросслюминесценции связано с максимумами плотности состояний ХцХф X'2 и Х5, образованными четырьмя подзонами 2зоны [60]. Минимальная энергия переходов (~ 4 эВ) неплохо согласуется с расстоянием между краями зон [67]. Максимальная энергия излучения (7.3 эВ) дает оценку разности энергий верхних частей зон.
Особенностью межзонной дырочной люминесценции (в том числе кросслюминесценции) в диэлектриках является отсутствие абсорбционных переходов, обратных излучательным, так как в основном со-