Экситонная люминесценция кристаллов

Экситонная люминесценция кристаллов [c.584]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ 585 [c.585]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ 587 [c.587]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ 589 [c.589]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ 591 [c.591]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ [c.593]

ЭКСИТОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОВ 603 [c.603]

При построении простейшей теории люминесценции кристаллов в случае слабой связи экситонов с фотонами будем исходить из гамильтониана экситон-фононной системы [c.589]

Люминесценция кристаллов при сильной связи экситонов с фотонами. Связь экситонов с фотонами мы будем называть сильной, если выполняется неравенство Сильная связь [c.595]

Теоретическое исследование люминесценции при условии сильной связи экситонов с фотонами удобно проводить в представлении поляритонов (см. 45). В этом случае отпадает необходимость рассмотрения процессов реабсорбции, так как взаимодействие экситонов и фотонов полностью учитывается уже в нулевом приближении. Процесс люминесценции кристалла сводится к преобразованию на поверхности кристалла поляритонов в свободные фотоны. Спектральный состав люминесценции F (со) определяется спектральной плотностью р (со) поляритонов частоты со у поверхности кристалла и вероятностью их выхода из кристалла. При нормальном падении поляритонов на поверхность кристалла с групповой скоростью V (со) функция F (со) определяется простой формулой [c.596]

Кристаллы сернистого кадмия весьма удобны для исследования роли комбинационного рассеяния поляритонов в процессе люминесценции кристалла. При сравнительно большой связи экситонов с фононами в этом ионном кристалле взаимодействие экситонов с акустическими фононами очень мало. Значительную роль играют только взаимодействия с одной ветвью оптических колебаний (с энергией 38 мэв, или 360 сл-г ), обладающих малой дисперсией. [c.602]

Эффект фотонного умножения исследовался с использованием СИ на целом ряде кристаллофосфоров, в частности щелочногалоидных. На рис. 50 приведены спектры поглощения КС1 и спектр возбуждения стационарной люминесценции кристалла КС1—Т1. Интенсивные максимумы в области 7,7 и 9,6 эВ соответствуют созданию экситонов в Г- и Х-точках зоны Бриллюэна. При 20—21 эВ в спектре видны резкие пики, связанные с рождением экситонов при возбуждении уровня катиона. Интересным, в этих спектрах является ступенчатое нарастание эффективности свечения при переходе от 15 к 17 эВ. При 17 эВ квантовый выход люминесценции выше, чем даже при прямом возбуждении Т1+-цент-ров (6 эВ), т. е. больше единицы. Удвоение выхода люминесценции наблюдается в области энергий, где hv>2Eg (для КС1 ширина зоны запрещенных энергий, т. е. ширина щели около 8,3 эВ). Эффект этот связан с тем, что создан- [c.257]

В процессе своего перемещения по кристаллу электрон проводимости может быть захвачен на уровень , (переход 6 на рис. 8.2). На этом уровне он может находиться достаточно долго, а затем может возвратиться (за счет, например, теплового возбуждения) обратно в зону проводимости — переход 7. Наличие в кристаллофосфоре подобных ловушек электронов, естественно, существенно увеличивает длительность люминесцентного свечения. Заметим, что длительность люминесценции связана не только с ловушками , но и с рядом других факторов. Например, она связана с временем жизни экситонов. Напомним, что непрямой экситон живет значительно дольше, чем прямой (см. 6.4). [c.190]

Форма полос люминесценции определяется тепловым движением Э. и отражает распределение их по энергиям, к-рое хорошо соответствует распределению частиц по энергиям в идеальном ферми-газе (см. Ферми—Дирака распределение). На этом основании совокупность Э. можно рассматривать как идеальный газ, пока их концентрация невелика, и можно пренебречь их взаимодействием. Э. диффундируют в кристалле, но коэф. диффузии D для экситонного газа много больше, чем для атомарного газа. В оксиде меди при 1,2 К /)=10 см -с (для водорода в воздухе 0,2 см -с). [c.502]

При перемещении экситона электронная энергия передается от одних мест кристалла к другим, например, к центрам, ответственным за люминесценцию, или к центрам, обусловливающим фотопроводимость, и т. д. [c.319]

В кристаллах более тяжелых инертных атомов (ксенона и криптона) при локализации экситонов образуются сложные квази-молекулярные комплексы (эксимеры). Люминесценция из таких состояний проявляется в виде широких бесструктурных максимумов. [c.349]

Исследуем теперь взаимодействие этих экситонов с колебаниями решетки ионных кристаллов. Такое взаимодействие приводит к истинному поглощению света экситонами, определяет форму полос поглощения и люминесценции и существенным образом влияет на внутреннюю структуру экситонов. При сильной экситон-фононной связи меняется значительно характер движения экситона. Вследствие испускания и поглощения фононов изменяется волновой вектор и энергия экситона и, следовательно, экситонные состояния становятся нестационарными. [c.429]

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]

Из опытов Тиигардена также следует, что возникающие при поглощении света экситоны могут при наличии в кристалле активирующей примеси передавать свою энергию ионам примеси и вызывать люминесценцию кристалла, по спектральному составу совершенно идентичную той, которая возбуждается светом в акти-ваторных полосах поглощения. [c.251]

Время жизни или время свободного пробега экситона в кристалле может быть грубо оценено по измерению уширенпя бесфононных линий люминесценции из экситонных состояний. В кристалле dS при 4°К ширина линии состояния n= Ai равна примерно 3 см , что соответствует времени свободного пробега экситона 10" 1 сек. При повышении температуры увеличивается вероятность рассеяния экситона на фононах и время жизни экситона уменьшается. При повышении температуры до 77 время жизни экситона в dS уменьшается в 5 раз. [c.321]

Поскольку полупроводниковые кристаллы обычно содержат примеси разного типа, то при достаточно низких температурах ( < Есот) основная люминесценция кристалла будет происходить при распаде экситонно-нримесных состояний. Они лежат ниже по энергии и обладают существенно большими силами осцилляторов. [c.326]

Люминесценция кристаллов при слабой связи экситонов с фотонами. Мы будем говорить о слабой связи экситонов сфотонами, когда их взаимодействие слабее взаимодействия экситонов с фононами, т. е.. когда выполняется неравенство / у. Такое неравенство осуществляется для экситонов во многих кристаллах при не очень низких температурах и практически всегда в случае локальных и примесных состояний (вследствие их малой плотности). [c.585]

Мясников в работе [4661 рассмотрел другой предельный случай, когда частота оптического фонона меньше, чем 2//]/ео. Решалось кинетическое уравнение типа (67.45) при Я = О при возбуждениях кристалла монохроматическим светом частоты, соответствующей частоте дна экситонной зоны. Учитывалось взаимодействие экси-, тонов только с одной ветвью оптических колебаний Уц (без дисперсии). При этом было показано, что в спектральной плотности поляритонов и интенсивности люминесценции кристалла появляются максимумы, соответствующие кратному числу рассеяний на частоте Уц. Более того, оказалось, что в не очень тонком кристалле основной максимум распределения соответствует не одному, а нескольким рассеяниям. [c.600]

Экситонный механизм передачи энергии от поглотившего центра к центру свечения привлекался к объяснению сенсибилизированной люминесценции молекулярных и полупроводниковых кристаллов. При движении по кристаллу экситоны рассеиваются на фононах. Если время жизни экситонов значительно превышает среднее время между двумя столкновениями их с фононами, то распределение экситонов в кристалле можно описать с помощью диффузионного уравнения (см. 61). Представление о диффузионном характере движения экситонов использовалось в работах Аграновича и Файдыша [481] и в ряде других работ. [c.606]

Интересно, что на фоне стационарного энергетического выхода наблюдаются особенности, связанные с экситонны м возбуждением, структурой основного поглощения, возбуждением плазмонов и др. Именно благодаря этому удается извлечь из спектров возбуждения люминесценции кристаллов информацию о тонкой структуре рентгеновского поглощения в методе EXAFS и испатьзовать ее для структурных исследований. [c.259]

Перемещаясь по кристаллу, электроны проводимости, 1ырки и экситоны тем самым переносят по нему энергию возбуждения. Рассмотрим переходы, связанные с высвечиванием этой энергии (в виде фотона люминесцентного излучения). Во-первых, это может быть междузонный переход 8 (рис. 8.2). Во-вторых, это может быть переход, связанный с рекомбинацией электрона и дырки, образующих экситон,—переход 9. Рекомбинация экситона происходит, например, при его столкновении с п-римесным центром. Наконец, это может быть переход //, происходящий в каком-либо примесном ионе-активаторе он сопровождается безызлучательиыми переходами 10 и 12. Все три рассмотренных процесса высвечивания связаны с одновременным уничтожением электрона в зоне проводимости и дырки в валентной зоне иными словами, все они связаны с электронно-дырочной рекомбинацией. В связи с этим используют термин рекомбинационная люминесценция. [c.190]

Процессы П. э. в молекулярных кристаллах с примесями обусловливают эфф. люминесценцию примесных молекул при возбуждении в осн. веществе. В этом случае П. э. объясняется миграцией экснтонов, к-рую обычно можно описать как диффузию экситонов. В типичных случаях (напр., для кристалла антрацена) коэф. диффузии имеет порядок величины 10" — 10" см с"1 при комнатной темп-ре и увеличивается при понижении темп-ры (см. Экситон). [c.569]

Отдача энергии экситонами в виде света должна бы наблюдаться также в щелочно-галоидных кристаллах под действием света в спектральной области их собственного поглощения. Но последнее расположено преимущественно в Шумановской области спектра, в которой проведение измерений сопряжено с определенными трудностями экспериментального характера. Поэтому подобная люминесценция до настоящего времени очень мало изучалась. Обычно полагали [13] без достаточных оснований, что подобной люминесценции не существует. Однако проведенные в последнее время исследования люминесценции щелочно-галоидных кристаллов при низких температурах [98,99, 231, 232, 347] показали, что в определенных условиях опыта подобная люминесценция в действительности обнаруживается. [c.250]

Рис. 1. Люминесценция экситонов, рекомбинирующих во время дрейфа в область максимальной деформации в кристалле чистого кремния при Т — 10 К. Экситоны генерируются слева вблизи поверхности кристалла излучением аргонового лазера, работающего в непрерывном режиме. Они дрейфуют в глубь кристалла под действием градиента напряжений, возникающего при нажатии на верхнюю грань кристалла сферическим торцом стального стержня (темная область в верхней части фотографии). Большая часть экситонов в конце 1Концов захватывается в потенциальную яму (светлое пятно), соответствующую Максимуму деформации под поверхностью контакта. Размеры кристалла 1,5 X 1. 5 X 4 мм, радиус наконечника 38 мм. Фотография получена П Гурли и автором с помощью вндикона, чувствительного в инфракрасной обла сти, регистрировавшего люминесценцию на длине волны 1,15 мкм.

Рис. 3, Экспериментальное исследование дрейфа экситона (рис. 1) [5]. а — поле напряжений создаваемое неоднородной деформацией проведены теоретические контуры постоянной щели (ширины запрещенной зоны). Экситоны дрейфуют в иоле сил Р = — — в область минимума потенциальной энергии, б— кривые, полученные сканированием люминесценции экситонов при разных энергаях фотонов. Максимум люминесцендни дает величину градиентом которой определяется локальная сила, действующая иа экситон. Острые пики отвечают рассеянию света пошерхпостями кристалла, в — время рассеяния экситонов, определяемое ио их дрейфовой скорости з иоле сил р. Уравнение примой X — (0,9 не) Г . Зависимость вида означает, что экситоны рассе ива ются колебаниями решетки.

Имеются убедительные экспериментальные доказательства суш.ествования экситонных молекул в не скольких кристаллах, в том числе в кремнии, в хлориде меди и бромиде серебра [9]. В случае кремния экспериментальные доказательства были получены путем регистрации спектра люминесценции с пространственным и временным разрешением. Гурли [4] использовал метод деформационной ловушки для изучения химического равновесия в системе свободные экситоны/экситонные молекулы, 2Ех Ехг. На рис. 5 приведена температурная зависимость спектра люминесцентного излучения из области деформационной ловушки в кремнии. Верхний спектр характеризует обычное рекомбинационное излучение свободных экситонов с шириной линии, Определяемой тепловой энергией экситона /гТ. Форма линии описывается зависимостью В ехр(— //гТ)/где отвечает плотности электронных состояний в трехмерном потенциале гармонического осциллятора. При понижении температуры возникает дополнительный максимум при более низкой энергии, соответствующий экситонным молекулам, Он обязан своим происхождением рекомбинации электрона и дырки в молекуле, в результате которой остается обычный экситон. Длинный низкоэнергетический хвост молекулярной люминесценции отвечает распределению кинетической энергии этих оставших ся экситонов. Первыми эти молекулы в деформированном кремнии наблюдали советские исследователи независимые измерения на недеформированном крем пни были выполнены в Университете Британской Колумбии (Канада) [9], [c.141]

Данные рис. 5 цоказывают наличие трех основных экситонных фаз в кремнии. Здесь представлена температурная зависимость спектров излучения люминесценции, исходящего из деформационной потенциальной ямы. При самых высоких температурах (верхняя кривая) в кристалле существуют главным образом свободные экситоны. Их спектр люминесценции имеет температурное уширение. При понижении температуры возникают экеитонные молекулы. И наконец, при самых низких температурах появляется единственный широкий максимум, сдвинутый в сторону еще более низких энергий. Этот максимум отвечает фазе электрон-дырочной жидкости. Она характеризуется энергиями связи порядка I мэВ относительно распада на свободные экситоны и энергией Ферми (рассчитанной по ширине максимума) около 10 мэВ. Убедительным свидетельством в пользу существования перехода газ — жидкость явилось измерение зависимости объема газа в потенциальной яме (вычисленного по площади светлого пятна на рис. 1) от температуры при ее понижении одновременно с появлением максиму-мау отвечающего, электрон-дырочной жидкости на рис. 5, происходило резкое сокращение объеМа. [c.145]

Одно ИЗ важнейших свойств карбида кремния - его способность к люминесценции в видимой области спектра. Излучательн рекомбинация свободных электронов и дырок и свободных экситонов в Si 1 наблюдается только при электролюминесценции р-п-переходов, созданных на основе кристаллов 3 -Si . Излучательная рекомбинация в карбиде кремния обусловливается такими акцепторными примесями, как N, А1, В, Ga, Be, S . [c.654]

В качестве сцглиплляторов в С. с. применяются неорганические и органич. кристаллы, органич. жидкости и пластмассы, а также благородные газы. Световые вспышки в сцинтилляторе возникают при высвечивании электронных возбужденных состояни11, образующихся под действием иопизпрующе частицы. В действительности механизм люминесценции довольно сложен II не одинаков для различных сцинтилляторов [1]. Так, напр., в кристаллич. сцинтилляторах выделившаяся при попадании ионизирующей частицы энергия быстро передается подвижным носителям тока электронам проводимости, дыркам и экситонам. Носители энергии мигрируют по кристаллу, пока не происходит захват их дефектами кристаллич. решетки. Дефекты кристаллов можно разделить на две группы центры люминесценции и центры ног-лощения (тушения), в к-рых энергия, выделяющаяся при захвате носителя, рассеивается без высвечивания. Отсюда видно, что во вспышке люминесценции выделяется лишь часть энергии, потерянной в сцинтилляторе прошедшей через него частицей. Для того чтобы вспышки люминесценции можно было регистрировать в толстых слоях сцинтиллятора, они должны быть прозрачны для собственного свечения. [c.108]

В тех кристаллах, где спектры поглощения и испускания света перекрываются, наряду с безызлуча-тсльным процессом диффузии экситонов ван<ную роль может играть М. з., обусловленная реабсорбцией света люминесценции в кристалле (испускание. фотона [c.229]

Более полное проявление всей экситонной зоны в оптическом спектре возможно только при участии фононов. При низких температурах наряду с бесфононной люминесценцией из состояЯия k=Q возможно превращение экситона с волновым вектором k=/ Q в фотон с одновременным рождением фонона с волновым вектором q = к—Qpi=iк. Рождаются фононы, которые наиболее сильно взаимодействуют с экситонами. Например, в кристалле dS рождаются продольные оптические фононы, взаимодействие которых с экситонами по оценкам, проведенным в работе [228], на три порядка больше взаимодействия с акустическими фононами. [c.320]

В работах [250, 251] наблюдалась фотолюминесценция примесных комплексов в кристаллах карбида кремния. Эта люминесценция была связана с излучательной аннигиляцией экситонов на ионизованных (трехчастичный комплекс) и нейтральных (четырехчастичный комплекс) примесных атомах азота, занимающих в решетке три неэквивалентных положения. Спектры поглощения, обусловленные экситонными комплексами в карбиде кремния, впервые были обнаружены в работе Горбаня с сотрудниками [252]. [c.326]

Вследствие большого показателя преломления при частотах, близких к резонансу, вторичное излучение испытывает многократное отражение, прежде чем покинуть кристалл. Из-за эффектов реабсорбции и комбинационного рассеяния на фононах (весьма вероятного вблизи резонанса) спектральное распределение вторичного излучения может зависеть от размеров кристалла. При низких температурах рассеяние в основном сопровождается рождением фононов, следовательно, интенсивность излучения, соответствующего бесфононным переходам, уменьшается и увеличивается интенсивность стоксовых компонент. Эффекты комбинационного рассеяния фотонов люминесценции внутри кристалла с ростом температуры уменьшаются, так как при повышении температуры вследствие антистоксового комбинационного рассеяния возрастает роль обратных переходов поляритонов из состояний с энергией < о в состояния с энергией Е Ео вблизи дна экситонной зоны, характеризующиеся большой плотностью. [c.579]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...