Люминесценция полупроводников

В полупроводниках со сложным строением энергетических зон возможны непрямые переходы электронов из зоны проводимости в валентную зону, сопровождающиеся излучением фотона. В этом случае рекомбинация свободного электрона и дырки идет с участием фонона, что обеспечивает сохранение квазиимпульса. Наиболее вероятно излучение фонона. Если в полупроводнике протекают как прямые, так и непрямые процессы межзонной рекомбинации, то в спектре излучения наблюдается две полосы люминесценции. [c.315]

При освещении полупроводника электроны могут переходить из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией. При обратном переходе электрона из верхнего состояния в нижнее освободившаяся энергия при определенных условиях также может быть выделена в виде кванта света. Это явление называется люминесценцией. [c.71]

Люминесценция возникает в некоторых диэлектриках и полупроводниках в виде вторичного излучения света с частотой, меньшей, чем частота облучающего света. Фотолюминесценция обусловлена наличием в диэлектрике примесных центров, поглощающих фотоны падающего света с частотой v, которые возбуждают в диэлектрике нестационарные электронные состояния. Затем происходят релаксация этих состояний и испускание квантов вторичного света на частоте v ультрафиолетовое излучение, может испускать вследствие этого свет в видимом диапазоне. Когда вторичное излучение происходит непосредственно во время облучения диэлектрика более жестким излучением, описанное явление называется флуоресценцией. Если же вторичное излучение происходит со значительной временной задержкой, то эффект называется фосфоресценцией. Оба эти эффекта используются в технике. [c.32]

Применительно к твердым телам методы пикосекундной люминесценции используются для исследования процессов дезактивации в молекулярных кристаллах (см., например, [9.22, 9.23]) дефектов и центров окраски в диэлектриках (см., например, [9.24, 9.25]), а также в полупроводниках [9.24]. [c.336]

ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ ВРЕМЕН ЖИЗНИ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ МЕТОДОМ СДВИГА ФАЗ В ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ [c.292]

Для полупроводника 1пР интенсивность ФЛ, возбуждаемой излучением аргонового лазера непрерывного действия на длине волны 514 нм, падает примерно в 10 раз при нагревании образца от 20 °С до 140 °С [3.64]. Синтезированы вещества, у которых интенсивность люминесценции уменьшается на 1-ЬЗ % при увеличении температуры на 1 К [3.65, 3.66]. [c.87]

Фотолюминесценция — люминесценция, возникающая при возбуждении светом видимого и ультрафиолетового диапазонов частот фотовоэбуждение). На практике фотовозбуждение используется для получения люминесценции жидких растворов, стекол, твердых диэлектриков и полупроводников. При этом роль центров люминесценции играют специально вводимые в основное вещество ионы или молекулы. Так, например, в твердые диэлектрики и стекла вводят в виде небольших примесей ионы неодима (Nd +) и других редкоземельных элементов. В жидкие растворители вводят, в частности, молекулы органических красителей. [c.184]

Широкое практическое применение находят неорганические кристаллические люминофоры, называемые кристал-лофосфбрами или, проще, фосфорами (не надо путать с химическим элементом фосфором ). Они используются, например, в светящихся циферблатах часов. Кристаллофос-форы синтезируют, прокаливая специально приготовленные смеси, включающие в себя основное вещество и примеси активаторов, играющих роль центров люминесценции. Все кристаллофосфоры относятся к диэлектрикам или полупроводникам. [c.184]

При достаточно высокой температуре полупроводника энергия электрона в возбужденном состоянии может оказаться выше и тогда электрон в основное состояние скатывается вниз по кривой Wa безьалучательно с испусканием фононов. В силу этого люминесценция с повышением температуры уменьшается. Это явление называют температурныш тушением люминесценции. [c.73]

Если излучение полупроводника возникает в результате непосредственной рекомбинации электрона с дыркой или рекомбинации через локальный центр, то излучение называют рекомбинационным. Вещества, обнаруживающие рекомбинационную люминесценцию, называют кристаллофорами шш просто фосфорами. Практически все типичные фосфоры являются полупроводниками. [c.73]

ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ — люминесценция, продолжающаяся значительное время после прекращения ее возбуждения ФОТО ДЕЛЕНИЕ — деление атомного ядра гамма-квантами ФОТОДИССОЦИАЦИЯ—разложение под действием света сложных молекул на более простые ФОТОИОНИЗАЦИЯ — процесс ионизации атомов и молекул газов под действием электромагнитного излучения ФОТОКАТОД — холодный катод фотоэлектронных приборов, испускающий в вакуум электроны под действием оптического излучения ФОТОЛИЗ— разложение под действием света твердых, жидких и газообразных веществ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ—люминесценция, возникающая под действием света ФОТОМЕТРИЯ— раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом ФОТОПРОВОДИМОСТЬ изменение электрической проводимости полупроводника под действием света ФОТОРЕЗИСТОР — полупроводниковый фотоэлемент, изменяющий свою электрическую проводимость под действием электромагнитного излучения ФОТОРОЖ-ДБНИЕ — процесс образования частиц на атомных ядрах и нуклонах под действием гамма-квантов высокой энергии ФОТОУПРУГОСТЬ — возникновение оптической анизотропии и связанного с ней двойного лучепреломления в первоначально оптически изотропных телах при их деформации [c.293]

ГОРЯЧАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ — испускание света квантовой системой (молекулой, твёрдым телом), находящейся в возбуждённом электронном состоянии, в ходе установления теплового равновесия с окружаюн(еи средой (обычная люминесценция происходит при тепловом равновесии системы с окружающей средой). Г. л, испускается при переходах с высоких электронных уровней энергии (заселяемых при возбуждении) в обычной люминесценции они играют су1цеств. роль лишь при высоких темп-рах. Г. л. испускают молекулы (н парах и в конденсиров. фазе) и экситоны в полупроводниках. [c.517]

Наиб, низкие интенсивности требуются для наблюдения двухфотонного поглощения (т — 2). Напр., для межзонных переходов в полупроводниках и диэлектриках Хг 10 -4- 10 см/Вт, т. е. заметное ослабление пучка за счёт двухфотонного поглощения достигается при интенсивностях 10 -t- 10 Вт/см . Однако, если регистрировать М. п. косвенными методами, напр. по измерению интенсивности люминесценции, возбуждаемой мвогофотонным поглощением, то в ряде случаев достаточными оказываются интенсивности падающего излучения -i- Ю Вт/см . [c.167]

Методы обнаружения О. о. в полупроводниках базируются либо на возможности наблюдения ориентиров, носителей за времена, меньшие т (метод поляризованной люминесценции), либо на наблюдения равновесной ядерной намагниченности (см. ниже), сохраняющейся длит, время (метод ядерного магнитного резонанса) и квантовой магнитометрии, использующей сквиды. Развит также метод, основанный па циркулярнод фотогальваническом эффекте, в к-ром О. о. спинов приводит к появлению тока. [c.438]

Методы ЯМР и квантовой магнитометрвн. Большие времена спиновой релаксации ядер т позволяют накопить в освещаемом полупроводнике ядерную поляризацию, на неедс. порядков превышающую её термодинамически равновесное значение. Процессы О. о. электронных спинов и наблюдение её результатов разделены во времени. Созданную путём освещения в слабом магн. поле ядерную поляризацию измеряют с помощью ЯМР-спектрометра или сквида. Этот метод эффективен для чистого 81, в к-ром наблюдение поляризации люминесценции при О. о. затруднено из-за соотношения т т . Отказ от регистрации люминесценции позволяет использовать непрямые оптич. переходы с малыми квантовым выходом и коэф. поглощения. Это обеспечивает поляризацию ядерных спинов в объёме образца. [c.438]

Спиновая метка фотовозбуждёпных электронов, двигающихся через области переменного состава в ва-ризонных полупроводниках и полупроводниковых структурах, позволяет изучать диффузию и подвижность неравновесных носителей, исследовать процесс переизлучения. Параметры зонной структуры исследуются по зависимости степени поляризации люминесценции или эмит1щуемых в вакуум электронов от энергии квантов возбуждающего света. [c.438]

Люминесценция может быть вызвана светом (фотолю-жинесценцил) илп электрич. током злектролюминее-ценция). Иа явлении электролюминесценции основана работа большинства полупроводниковых излучателей света (см. Светоизлучающий диод, Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках). [c.43]

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ лазер — лазер на основе полупроводниковой активной среды. В отличие от лазеров др. типов, в П. л. используются квантовые переходы между разрешёнными энергетич.. зонами, а не дискретными уровнями энергии (см. Полупроводники). Лазерный эффект в П. л. связан в осн. с межзон-, ной люминесценцией (излучат, рекомбинацией созданных внеш. воздействием избыточных электронов и дырок рис. 1). Поэтому длину волны А, лазерного излучения можно выразить через ширину запрещённой зоны [c.51]

При межзонном поглощении линейно поляризованного света в полупроводниках электроны проводимости оказываются выстроенными по импульсам (скоростям) с преимуществ, направлением импульсов перпендикулярно вектору поляризации возбуждающего света. При рекомбинации таких анизотропно выстроенных электронов с дырками возникающая люминесценция частично линейно поляризована. Уменьшение степени поляризации в магн. поле позволяет следить за процессами энер-гетич. и импульсной релаксации злектронов. [c.70]

Структура электронных спектров кристаллов при обычных условиях сильно размыта под действием тепловых колебаний атомов кристаллич. структуры, и в большинстве случаев наблюдаются широкие размытые спектральные полосы. При гелиевой темп-ре. можно наблюдать дискретные спектральные линии, к-рые возникают при прямых переходах между экситонными зонами, при переходах между дискретными уровнями электронов и дырок, локализованных на дефектах решётки, либо на акцепторных или донорных примесях в гомеополярных полупроводниках (см. Спектроскопия кристаллов). Помимо колебаний атомов на форму и ширину экситонных линий влияют тип связи в кристалле, его зонная структура и микроструктура экситонного возбуждения. В сильнолегир. полупроводниках ширина линии может зависеть от степени легирования. Дискретные линии наблюдаются и при комнатной темп-ре в поглощении и люминесценции кристаллов, содержащих ионы переходных металлов (хром, железо, палладий, платина и др.), лантанидов и трансурановых элементов, имеющих незаполненные d- и /-оболочки. В кристаллах высокого качества линии таких примесных ионов, напр, линия иона в рубине и линия в иттрий-алюминиевом [c.263]

При низких темп-рах Э. в полупроводниках легко связываются с атомом примеси, образуя связанные комплексы, к-рые также проявляются в спектре люминесценции. В многодолинных no.iyпроводниках, к-рые характеризуются наличием неск, экстремумов в зоне проводимости и в валентной зоне, образуются многочастичные экситонно-примесные комплексы—связанное состояние неск. Э, на одном примесном атоме. В непрямозонных полупроводниках (Ge, Si) возможно связывание на одном примесном центре до 4 Э. Причиной устойчивости многочастичных экситонно-примесных комплексов в непрямозонных полупроводниках (Ge, Si) является высокая степень вырождения зон. [c.502]

Переход от крупнокристаллических полупроводников к наноструктурам сопровождается увеличением щирины запрещенной зоны нижний разрещенный уровень энергии в зоне проводимости повышается, а верхний энергетический уровень в валентной зоне понижается. Так, если для обычного крупнозернистого селе-нида кадмия ширина запрещенной зоны составляет 1,8 эВ, то для наночастиц размером 3,0 —3,5 и 1,0—1,2 нм эта характеристика увеличивается соответственно до 2,3 и 3,0 эВ, что приводит к модификации оптических и других свойств. На рис. 3.2 показаны спектры поглощения нанокристаллов СбЗе и зависимость энергии максимума полосы поглощения от радиуса нанокристалла. Видно, что полоса поглощения с уменьщением размера кристалла смещается в область больщих энергий, следуя зависимости Е /К, вытекающей из теоретических оценок. Уменьщение размера кристаллитов также приводит к сдвигу спектров люминесценции в ко- [c.48]

Полупроводники [5, 6]. Как отмечалось в гл. 3, переход к наноструктурам в случае полупроводников сопровождается сдвигом спектров люминесценции в коротковолновую область, увеличением ширины запрещенной зоны и другими явлениями, что находит интересные и важные технические приложения. Монокристаллические наночастицы Сб5е в полимерных матрицах рассматриваются как возможные светодиоды и оптические переключатели для лазерных систем, а также сенсоры в биологических объектах. [c.166]

При анализе неметаллических включений используется и катодолюминесценция образование квантов света с различной длиной волны в результате рекомбинации избыточных электронно-дырочных пар. Иногда на этот процесс может расходоваться до трети всей энергии первичного пучка электронов. Процесс катодо-люминесценции происходит в некоторых полупроводниках и диэлектриках и усиливается при понижении температуры. [c.69]

Систематическое изложение проведенных автором исследований и их обобщение в одной работе представляется нам целесообразным в связи с все более возрастающим научным и практическим интересом, который представляют монокристаллы щелочнс-гало-идных соединений. Эти соединения играют особую роль в изучении гетерополярных кристаллов и в выяснении самых разнообразных процессов, происходящих в диэлектриках и полупроводниках. Их роль в решении общих вопросов теории кристаллического состояния можно сравнить с ролью атома водорода в создании теории атома. Именно поэтому кристаллы щелочно-гало-идных соединений привлекали и продолжают привлекать внимание исследователей в качестве объектов и моделей при изучении различных свойств твердых тел, в том числе и люминесценции кристаллофосфоров. [c.5]

Первые попытки применения квантово-механической теории энергетического состояния электронов в диэлектриках и полупроводниках к интерпретации фотохимических и фотоэлектрических явлений в щелочно-галоидных кристаллах принадлежат П. С. Тар-таковскому [71]. На основе имевшихся в то время экспериментальных данных и общих соображений об энергетических уровнях в кристаллах Тартаковским впервые была построена схема энергетических уровней для ряда щелочно-галоидных соединений с учетом локальных электронных состояний различных центров окраски. Анализируя электронные переходы между различными уровнями энергии кристалла, можно было объяснить ряд оптических и фотоэлектрических свойств окрашенных кристаллов ще-лочно-галоидных соединений с единой точки зрения. Однако в отличие от полупроводников, для которых свет в области их фундаментального поглощения является фотоэлектрически активным, в щелочно-галоидных кристаллах не наблюдается внутреннего фотоэффекта под действием света в области первой полосы собственного поглощения. По этой причине попытки применения зонной теории к толкованию всей совокупности явлений, связанных с собственным поглощением, фотопроводимостью и люминесценцией щелочно-галоидных кристаллов наталкивались на существенные затруднения. Некоторые фундаментальные экспериментальные факты относительно свойств окрашенных щелочно-галоидных кристаллов не получили объяснения ни в энергетической схеме Тарта-ковского, ни в подобных более всеобъемлющих схемах, предлагавшихся позднее. В частности, оставалась совершенно непонятной сама возможность образования в кристалле столь устойчивой окраски под действием света или рентгеновых лучей, какая в действительности наблюдается у щелочно-галоидных кристаллов. В самом деле, при образовании в процессе фотохимического окрашивания свободных электронов, локализующихся затем на уровнях захвата, в верхней зоне заполненных уровней энергии должны образоваться свободные положительные дырки. Вследствие диффузии этих дырок в верхней зоне заполненных уровней вероятность их рекомбинации с электронами, локализованными в центрах окраски, должна быть достаточной, чтобы кристалл быстро обесцветился даже в темноте. Между тем, известно, что окраска кристалла весьма устойчива и сохраняется в темноте очень продолжительное время. Возможность локализации положительных дырок в предлагавшихся квантово-механических моделях не рассматривалась. [c.30]

Фотолюминесценция свойственна всем полупроводникам и диэлектрикам. Однако эффективность ФЛ (характеризуемая квантовым или энергетическим выходом) суш,ественно различается для разных материалов. Квантовый выход ФЛ определяется отношением числа квантов люминесценции, излученных веш,еством, к числу поглош,енных квантов возбуждаюш,его света. Энергетический выход определяется как отношение излучаемой мош,ности ФЛ к поглош,аемой мош,ности (в случае импульсного возбуждения выход определяется как отношение соответ-ствуюш,их энергий). Зависимость квантового выхода ФЛ от интенсивности возбуждения может быть линейной, сублинейной (выход падает с увеличением интенсивности) и сверхлинейной (выход растет с увеличением интенсивности) [2.29]. Разработаны и применяются различные количественные модели ФЛ [2.30]. [c.54]

Для целей термометрии при плазмохимическом осаждении тонких пленок на монокристаллы полупроводников может быть использована люминесценция этих пленок. Изучалась люминесценция тонкой пленки окисла кремния под действием излучения азотного лазера (Л = = 337,1 нм, длительность импульса г 10 не, частота повторения 100 Гц, средняя мощность 3 мВт) [7.38]. Спектр люминесценции лежит в диапазоне 400-Ь800 нм, квантовый выход составляет по порядку 10 . В температурном диапазоне 298-ь423 К интенсивность люминесценции уменьшается в 1,6 раза. Для разрядов низкого давления люминесценцию пленки можно выделить на фоне излучения разряда. [c.192]

В 12.1 было показано, что при освещении полупроводника электроны могут переходить из состояний с меньшей энергией в состояния с большей энергией. При обратном переходе электрона из верхнего состояния в нижнее освободившаяся энергия при определенных условиях также может быть выделена в виде кванта света. Такое свечение вещества не является тепловым (равновесным). Среди неравновесных излучений, к которым относятся отражение, тормозное излучение, излучение Вавилова—Черенкова и другие с длительностью порядка 10 с (они практически безын рционны), особое место занимает люминесценция. Согласно определению С. И. Вавилова, люминесценция есть избыток над температурным излучением тела в том случае, если это избыточное излучение обладает длительностью, значи тельно превышающей период световых колебаний. [c.87]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...