Физическое материаловедение Активационная спектроскопия

проводимость
Электронный спиновый резонанс
Оптическое поглощение облученных материалов

нагревания. Обычно для появления термолюминесценции вещество необходимо предварительно возбудить УФ

светом, ионизирующим излучением (ϒ-квантами, рентгеновскими лучами, потоком электронов или ионов).

При предварительном возбуждении вещества при комнатной или более низкой температуре в нем запасается энергия в виде пространственно разделенных неравновесных носителей заряда - дырок в валентной зоне и электронов в зоне проводимости, которые далее стабилизируются ("захватываются") на энергетических уровнях, обусловленных наличием специально вводимых или сопутствующих примесей, собственных или радиационно-стимулированных дефектов кристаллической структуры, а также отдельных функциональных атомных групп и макрорадикалов, обладающих положительным сродством к электрону.

Предварительное возбуждение

кальция
CaSO4
Оксид алюминия
Al2O3 (рубин, сапфир)
Кварц
SiO2
Полимеры:
полистирол,
полиамид
CaCO3

particles
or

TE

TE

TSEE OSEE



Relaxation in the system of neutral particles:

Thermally stimulated atom diffusion (TSAD) i) A + A → A2* ;
Radiative relaxation ii) A2*→ A2 + hν; Nonradiative iii) A2*→ A2 + ΔE

с переходом в зону проводимости и их последующей избирательной рекомбинации

с ионизированными центрами. Рекомбинационное свечение проявляется в виде пиков термолюминесценции в видимом, ультрафиолетовом (УФ) или инфракрасном (ИК) диапазоне.

Термическая стимуляция релаксационной эмиссии фотонов

Термолюминесценция твердого азота, измеренная после его облучения пучком 1 кэВ электронов.

люминесценции
McKeever
Измерение общего выхода
TSL & OSL
Гораздо больше информации
дает измерение спектрально
разрешенной

TSL & OSL

покрытая тонким слоем MgF2)

3 – образец
4 – низкотемпературный экран
5,6 – система подачи газа
7 – источник электронов
8 – электростатическая линза

13 – автоматическая система регулировки температуры

Облучение

оптическое окно
11,12 – оптический спектрометр (Ocean Optics, 200–1100 nm)
13 –

система автоматического регулирования температуры (LTC-60 Leybold)
14 – измеритель давления (Dual Gauge Pfeiffer
5E-10 - 1000 mbar).

Измерение термостимулированных токов, люминесценции и десорбции

ВУФ области спектра

времени;
s - Частотный фактор; E - Энергия активации.
Предполагая dT= βdt,

где β – скорость нагрева, и интегрируя, получаем

Если n – число электронов в ловушке во время t

Интенсивность TL~ скорости «подхода» электронов к центрам люминесценции

При отсутствии перезахвата электронов на других ловушках

описывает кривую термолюминесценции в кристалле с одним типом ловушек, т.е.

с ловушками одной глубины.
В случае кинетики первого порядка в кристалле с несколькими N типами ловушек, сложная кривая может быть представлена в виде суммы «однопиковых» кривых:

n0 – число электронов, захваченных в ловущках при начальной температуре.

изотермического распада
Метод подгонки кривых

когда нет перекрытия между пиками.

I ~ exp (- E/kT)
Метод площадей
Представляет

собой расширение метода начального роста. Он основан на предположении, что плотность заполненных ловушек при любой температуре пропорциональна остающейся площади кривой ТЛ.

ln (I/A0) = -E/kT + b
A0 – общая площадь под кривой, b - константа

энергии активации

E = 1.52 (kTm2)/δ1 – 1.58(2kTm)
При использовании нарастающей части

кривой

E = 1.51kTm T1 /(Tm - T1)

При использовании убывающей части кривой
E = kTm2 /(T2 - Tm)

{kTm1 Tm2 / Tm1 - Tm2}ln[β1 / β2 (Tm2 /Tm1)

2]

TSL from electron beam irradiated solid Xe

от t будет равен s exp (-E/kT).
построив ln(m) как функцию

от 1/T получаем E/k

допированных церием перовскитов LuAlO3 (LuAP):Ce

YAP (YAlO3)
A. Vedda

(“glow curves”) определяется структурой центров захвата электронов ("ловушек"), форма и

интенсивность пиков высвечивания дают информацию об энергетической "глубине залегания" уровней центров захвата относительно зоны проводимости. Спектр термолюминесценции определяется энергетической структурой ионизированных центров свечения. Вместе с тем форма кривых термолюминесценции существенно зависит от условий опыта, в частности от скорости нагревания, вида, интенсивности и длительности предварительного возбуждения, а также определяется кинетикой рекомбинационных процессов (линейной или квадратичной по отношению к концентрации ионизированных центров свечения), что нужно учитывать при обработке и сопоставлении экспериментальных данных.

О спектрах термолюминесценции

M.H.F. Wilkins, Proc. Roy Soc. London (1945) 184, 366, 390.
3.

Ф. Даниельс, Ч. Бойд, Д. Саундерс, УФН (1953) L1, 271.
4. D.R. Vij Thermoluminescence in Luminescence of Solids, Plenum Press New York 1998, р. 271-307.
5. Ю.А. Гороховатский, Г.А. Бордовский, Термоактивационная токовая спектроскопия высокоомных полупроводников и диэлектриков, Москва, Наука 1991, с. 243.
6. http://www.xumuk.ru