Перенос энергии к активаторам в щелочно-земельных кристаллах и пути повышения его эффективности

• Автор: Киркин, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1 Обзор работ, посвященных исследованию люминесцентных свойств сульфидов и фторидов стронция и кальция
1.1.1 Собственное и активаторное свечение СаБ и 8г8. Соактиваторы
1.1.2 Люминесцентные свойства редкоземельных элементов
1.1.3 Спектральные свойства фторидов стронция и кальция
1.2 Расчет зонной структуры диэлектриков
1.2.1 Метод функционала плотности
1.2.2 Псевдопотенциалы
1.3 Термализация и захват носителей
Выводы из главы
Глава 2. Техника проведения эксперимента и методы обработки экспериментальных данных
2.1 Техника эксперимента
2.2 Обработка экспериментальных данных
Глава 3. Экспериментальное исследование систем Са1.х8гхГг:Се (0<х<1) и Са8:Ке,Мп (Яе = Се, Ей, 8ш, Тш, Рг)
3.1 Спектрально-люминесцентные свойства многокомпонентных кристаллов Са|.х8гхР2 (0<х<1)
3.1.1 Описание объекта исследования
3.1.2 Результаты экспериментов и обсуждение
3.2 Исследование спектрально-люминесцентных свойств СаБ: Яе, Мп
3.2.1 Описание объекта исследования
3.2.2. Сравнение спектрально-люминесцентных свойств Са8:СеЗМа и Са8:Се,Мп
3.2.3 Спектрально-люминесцентные свойства фосфоров Са8:Мп,Яе, приготовленных при различной температуре синтеза
Выводы из главы
Глава 4. Теоретическое исследование процесса переноса энергии в щелочно-земельных кристаллах
4.1 Моделирование спектра возбуждения сульфида кальция
4.1.1. Методика расчета. Основные формулы
4.1.2 Оценка эффективной массы электрона и деформационного потенциала
4.1.3 Расчет вероятности образования экситонов в зависимости от начальной кинетической энергии электрона. Численный метод Монте-Карло
4.2 Рекомбинация скореллированных электрон-дырочных пар с учетом горячего захвата с испусканием оптических фононов
4.2.1 Оценка длин термализации
4.2.2 Аналитические оценки вероятности связывания электрона и дырки
4.2.3 Оценки вероятности захвата из численных вычислений. Численный метод Монте-Карло
Выводы из главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выводы
Апробация
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Актуальность темы.
В настоящее время разработка новых оптических материалов на основе широкозонных диэлектриков, предназначенных для использования в качестве сцинтилляторов, спектральных трансформаторов и оптических элементов, привлекает повышенное внимание. Это связано, например, с потребностями в новых световых конверторах и возрастающими требованиями к сцинтилляционным материалам. Одним из путей получения материалов с улучшенными характеристиками является переход к сложным системам, в частности, к твердым растворам и системам с соактиваторами.
д Примером твердых растворов являются многокомпонентные фториды, которые представляют практический интерес в качестве оптических материалов с улучшенными механическими характеристиками. Например, в работе [1] показано, что двухкомпонентные кристаллы Са^гНь при определенном значении параметра х имеют улучшенные механические и электрофизические характеристики по сравнению с однокомпонентными кристаллами Са¥2 и 8гР2. Следовательно, можно рассматривать двухкомпонентные кристаллы Са|.х8гхР2 в качестве перспективной замены СаР2 и 8гР2 для некоторых оптических устройств.
, В качестве систем с соактиваторами в работе исследуется сульфид кальция, активированный марганцем совместно с редкоземельными элементами. Стоит отметить, что фосфоры на основе активированных сульфидов отличаются высокой эффективностью светового преобразования [2]. Например, сульфид кальция, активированный церием, имеет квантовый выход фотолюминесценции около 80%, а катодолюминесценции около 15-20% [3]. Активированные сульфиды имеют широкую область применимости в качестве рабочего вещества для фото-, катодо- и электролюминесцентных устройств, например, плоских дисплеев, устройств подсветки для них, спектральных трансформаторов для светодиодов [4]. Несмотря на проведенные рядом авторов обширные исследования спектрально-

[78], [79], Пекаром [80] и Антоновым-Романовским и Калининым [81]. Если зазоры между энергетически уровнями состояний центра меньше характерных фононных энергий, то для описания скатывания электрона по энергии используют уравнение диффузии по энергии. Говоря другими словами, захват в этом случае может быть описан как диффузия по энергии из зонных состояний в верхние возбужденные состояния центра.
Авторы статьи [7] количественно объясняют поведение экспериментальных кривых светового выхода в зависимости от энергии падающего электрона для нескольких сцинтилляторов. Для описания явления непропорциональности рассматриваются два конкурирующих процесса: рекомбинация электронно-дырочных пар в экситоны по модели Онсагера [82] и взаимная аннигиляция экситонов по модели Биркса [83]. Однако рассматриваемый в работе механизм связывания электронов и дырок в экситоны по модели Онсагера не учитывает возможность образования экситонов еще в процессе термализации носителей. Последнее обстоятельство, как показано в настоящей диссертационной работе, может приводить к существенной недооценке вероятности образования экситонов в случае кристаллов с большими энергиями оптических фононов.
Общее предположение, которое использовалось авторами большинства работ по захвату носителей на центр, состоит в том, что электроны перед захватом рассматриваются в уже термализованном состоянии, то есть термализация электронов описывается отдельно от захвата. Поэтому при вычислении вероятностей связывания электронов и дырок в экситоны традиционным методом предполагается рассматривать нескореллированные электронно-дырочные пары. Говоря другими словами, предполагается, что на начальном этапе происхождение электронов и дырок не имеет значения, то есть рассматривается электрон в уже термализованном состоянии в поле притяжения центра.
Так как на световой выход оказывает влияние множество факторов, корректный учет которых аналитически пока выглядит достаточно