Люминесценция и её основные свойства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Технологический институт

Кафедра физики, методов контроля и диагностики

ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА, часть 2

Методические указания

К лабораторным работам по дисциплине «Физика»

лабораторные работы №№ 7-3 ¸ 7-5)

для студентов технических направлений подготовки

очной и заочной форм обучения

Тюмень

ТюмГНГУ

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Поставили лабораторные работы и составили методические указания преподаватели кафедры физики Тюменского государственного нефтегазового университета:

Редакторы: О.С.Агеева, Т.Н.Строганова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012

Лабораторная работа №7-3. Исследование электролюминесценции кристаллофосфоров

Цель работы: изучение явления электролюминесценции твёрдых тел.

Содержание работы:

1. Изучение основных свойств электролюминесценции кристаллофосфоров.

2. Исследование вольт-яркостной характеристики.

3. Измерение частотной зависимости яркости.

Введение

Люминесценция и её основные свойства

При поглощении веществом энергии происходит переход частиц его из нормального (невозбуждённого) в возбуждённое состояние. Через некоторое время возбуждённые частицы возвращаются в исходное состояние. Этот переход сопровождается электромагнитным излучением.

Существует несколько видов излучения. Самым распространённым является тепловое, т.е. испускание электромагнитных волн за счёт внутренней энергии тел. Все остальные виды излучения, возбуждаемые за счёт любого вида энергии, кроме внутренней, и имеющие длительность более 10^-10 с, называются люминесценцией.

По способу возбуждения различают несколько видов люминесценции:

1. Фотолюминесценция – свечение, возникающее при возбуждении ультрафиолетовым или видимым светом;

2. Катодолюминесценция – свечение, вызываемое пучком электронов;

3. Хемилюминесценция – свечение, возбуждаемое за счёт энергии химических реакций;

4. Рентгенолюминесценция – свечение, возникающее при возбуждении рентгеновскими лучами;

5. Электролюминесценция (ЭЛ) – свечение, возникающее под действием электрического поля.

Люминесценция, в отличие от теплового излучения, является неравновесным процессом. Вещества, способные излучать свет под действием различных видов возбуждений, получили название люминофоров. Излучение люминофоров является некогерентным, так как наблюдается свечение огромного числа частиц, которые испускают свет независимо друг от друга.

Люминесцировать могут вещества, находящиеся в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. Люминесценция, прекращающаяся после действия возбуждения, называется флуоресценцией. Люминесценцию, которая сохраняется длительное время (10^-6 с и более) после прекращения действия возбудителя, называют фосфоресценцией. Фосфоресценция наблюдается в твёрдых (кристаллических) веществах, которые получили название кристаллофосфоров.

Ширина запрещённой зоны кристаллофосфоров лежит в пределах от 2 до 10 эВ, т.е. они относятся к классам диэлектриков или широкозонных полупроводников.

В данной работе исследуется электролюминесценция, возбуждаемая переменным электрическим полем в кристаллофосфоре ZnS-Cu (сульфиде цинка, легированным медью). Ширина запрещённой зоны ZnS равна 3,6 эВ.

Медь является примесью – активатором. Ионы меди вместе с деформированными местами кристаллической решётки ZnS образуют центры свечения. Для облегчения сплавления в сульфид цинка вводится ещё одна примесь – хлор. Её называют соактиватором. Энергетические уровни активатора и соактиватора располагаются в запрещённой зоне сульфида цинка.