Люминесценция кристаллофосфоров

Твердые тела, представляющие собой эффективно люминесцирующие искусственно приготовленные кристаллы с примесями называются кристаллофосфоры. Рассмотрим механизмы возникновения люминесценции с точки зрения зонной теории. Между валентной зоной и зоной проводимости кристаллофосфора располагаются уровни активатора.

При поглощении атомом активатора фотона с энергией h электрон с примесного уровня переводится в зону проводимости, свободно перемещается по кристаллу до тех пор, пока не встретится с ионом активатора. Рекомбинируя с ним, электрон снова переходит на примесный уровень, рис.75(а). Рекомбинация сопровождается люминесцентным излучением. Время свечения определяется временем жизни возбужденного состояния атомов активатора, поэтому свечение исчезает вслед за прекращением облучения - флуоресценция.

Если кристалл содержит центры захвата или ловушки для электронов, представляющие собой незаполненные локальные уровни (Л₁ и Л₂), рис.75(б), лежащие вблизи дна зоны проводимости (они могут быть образованы атомами примеси, атомами в междоузлиях и т.д., то под действием света атомы активатора возбуждаются (электроны переходят в зону проводимости и становятся свободными). Однако они захватываются ловушками, теряют подвижность - способность рекомбинировать с ионами активатора. Освобождение электрона из ловушки требует затраты определенной энергии, которую электроны могут получать, например, от тепловых колебаний решетки. Освобожденный из ловушки электрон попадает в зону проводимости и движется по кристаллу до тех пор, пока или не будет снова захвачен ловушкой или не рекомбинирует с ионом активатора. В последнем случае возникает квант люминесцентного излучения, длительность этого процесса определяется временем пребывания электронов в ловушках, в результате чего наблюдается свечение после снятия возбуждения - данное свечение и является фосфоресценцией.

23