Люмінесцентні властивості йодистого кадмію з домішкою свинцю

Зміст

• Вступ
• Розділ 1: Огляд проблеми в літературі
• 1.1 Явище люмінесценції. Загальний опис
• 1.2 Фізикооптичні властивості чистих кристалів CdI2
• 1.3 Спектральні характеристики чистого CdI₂ та активованого домішками Cu та Pb. Активація CdI₂
• 1.4 Люмінесцентні властивості CdI₂:Pb
• 1.5 Застосування кристала CdI₂:Pb²⁺
• Розділ 2: Експериментальна частина
• 2.1 Об'єкт дослідження
• 2.2 Дослідження спектрів поглинання
• 2.3 Дослідження спектру збудження люмінесценції
• Висновки
• Список використаних джерел

Вступ

Шаруваті кристали йодистого кадмію сьогодні розглядають як перспективні сцинтилятори з часом загасання ф < 1 нс для реєстрації іонізуючого випромінювання, фотохромні матеріали, потенційні матеріали для елементів пам’яті, а також використовують у літографії, фотографії, виготовленні електронних плат та ін. Шарувата структура кристалів зумовлює багато можливостей входження домішок, які можуть локалізуватися в різних кристалографічних позиціях. Наявність міжшарових ван-дер-ваальсівських порожнин дає змогу інтеркалювати в ці кристали різноманітні домішки, які разом з власними дефектами ґратки можуть утворювати складні агрегати і кластери, які слугуватимуть центрами випромінювальної і безвипромінювальної рекомбінації.

Ефективне використання цих матеріалів потребує глибокого знання електронних процесів, які відбуваються в разі високоенергетичного збудження. Тому ми вперше дослідили спектри збудження люмінесценції в ділянці 3,5−45 еВ та світіння в ділянці 1,5−3,5 еВ номінально чистих і легованих атомами металів (In, Sb, Sn, Pb, Mg) кристалів йодистого кадмію.

Досліджені спектральні характеристики CdI₂, CdI₂:Pb²⁺ показали можливість отримання на основі CdI₂ сцинтиляторів для реєстрації короткочасних потоків фотонного випромінювання. Неактивовані кристали йодиду кадмію характеризуються інтенсивною люмінесценцією при низьких температурах. У випадку збудження рентгенівськими квантами спектр випромінювання CdI₂ при 85 К представлений широкою смугою з максимумом поблизу 550 нм. З підвищення температури до 295 К інтенсивність люмінесценції значно послаблюється і спостерігається зсув її максимуму в область 490−510 нм. Люмінесценція CdI₂ при кімнатній температурі зумовлена головним чином одним типом центрів з часом свічення ф = 3−5 нс. При цій температурі кристали йодиду кадмію з домішкою свинцю мають більший вихід рентгенолюмінесценції (РЛ) ніж CdI₂.

Розділ 1: Огляд проблеми в літературі

1.1 Явище люмінесценції. Загальний опис

Люмінесценцією називають світіння атомів чи молекул, яке виникає в результаті електронного переходу в частинках речовини при їх переході із збудженого стану в не збуджений. Класифікують явища люмінесценції за часом та методом збудження. За часом післясвітіння розрізняють два типи люмінесценції - флуоресценцію — світіння яке миттєво зникає після припинення дії джерела збудження і фосфоресценцію, світіння, продовжується певний проміжок часу. В залежності від методу збудження розрізняють фотолюмінесценцію — свічення, яке виникає при поглинанні світлової енергії; катодолюмінесценцію — основану на свіченні речовин при поглинанні катодних променів (електронів) та хемілюмінесценцію — свічення, яке виникає при протіканні хімічних реакцій. Всі люмінесціюючі речовини мають загальну назву — люмінофори. У найпростішому вигляді процес, збудження і свічення можна зобразити схемою, наведеною на рис. 1, з якого видно, що енергія випромінювання молекули завжди менша від енергії збудження.

Рис. 1. Збуджений та нормальний стани молекули та переходи між ними в процесілюмінесценції

Де Н — нормальний стан молекули із станами 0,1, 2, 3, 4, З — збуджений стан молекули із станами 0,1,2,3,4. На основі цього було встановлено, що спектр люмінесценції зміщений відносно спектру поглинання в сторону довших хвиль (закон Стокса-Ломмеля). Доведено також дзеркальну подібність спектрів поглинання і спектрів випромінювання люмінесценції для складних молекул. Дзеркальна симетрія спектрів родаміну в ацетоні наведена на рис. 2.

Рис. 2. Дзеркальна симетрія спектрів родаміну в ацетоні: 1- спектр поглинання, 2- спектр випромінювання

Різницю між максимумом спектру поглинання і максимумом люмінесценції Х називають стоковим зміщенням. Чим більша величина стоксового зміщення для даної люмінесціюючої речовини, тим вища чутливість визначуваної речовини люмінесцентним методом. Повнота перетворення енергії збудження при люмінесценції характеризується енергетичним виходом В_е, який являв собою відношення випромінюваної енергії люмінесценції Е_л до поглинутої енергії збудження Е_в.

В_е=Е_л/Е_в.

Повноту перетворення енергії можна охарактеризувати також величиною квантового виходу люмінесценції В_к, який дорівнює відношенню числа випромінюваних квантів при люмінесценції N_л до числа поглинутих квантів N_в призбудженні:

В_к=N_л/N_в

Оскільки енергія кванта оптичного випромінювання рівна: Е = hн, то зв’язок між енергетичним та квантовим виходом люмінесценції можна виразити виразом:

В_е=Е_л/Е_в=В_к(л_в/л_л)

Енергетичний вихід люмінесціюючого випромінювання залежить від довжини хвилі збудженого світла (закон Вавилова). Графічно ця залежність показана на рис. 3.

Рис. 3. Залежність виходу випромінювання від довжини хвилі збуджучого світла

На ділянці 1 кривої величина енергетичного виходу росте пропорційно довжині хвилі збудженого світла; далі в ділянці накладання спектрів поглинання і випромінювання відбувається різке падіння виходу (ділянка ІІ).

Для ділянки кривої 1 можна записати:

В_е= ал_в,

де, а — коефіцієнт пропорційності. Але оскільки

В_е= Е_л / Е_в = В_к (л_в/ л_л),

то, об'єднавши два рівняння і знаючи, що речовина при люмінесценції випромінює світло певної довжини хвилі, одержимовираз:

В_к=ал_к=const,

з якого випливав, що квантовий вихід люмінесценції залишається сталим на ділянці 1 наведеної кривої при збільшенні довжини хвилі збудженого світла до 500 — 600 нм. Саме ділянку спектру 1 (від 100 до 600 нм) використовують для кількісного визначення речовин. На практиці для проведення люмінесцентного аналізу багатьох речовин використовують ультрафіолетові промені світла з більшою енергією кванту, які одержують в основному за допомогою ртутних ламп.

1.2 Фізикооптичні властивості чистих кристалів CdI2

Кристали CdI₂ займають за багатьма фізичними властивостями проміжне положення між діелектриками А¹В⁷ та напівпровідниками А²В⁶. Їх структурний тип С6 грунтується на щілинній гексагональній упаковці шарів I-Cd-I. У межах структурного шару діють сильні іонно-ковалентні взаємодії, а між шарами — слабкі ван-дер-ваальсові сили, що зумовлює анізотропію багатьох фізичних властивостей, а також значну дефектність йодистого кадмію. Чисті кристали CdI₂ оптично та радіаційно стійкі. Непрямий край їх фундаментального поглинання при кімнатній температурі лежить в області 3,2 еВ та зі зниженням температури мають незначну фотолюмінесценцію (ФЛ) та РЛ з максимумом свічення при 2,5−2,4 еВ. При зниженні температури нижче за 200 К спостерігається різкий ріст інтенсивності ФЛ і РЛ (у разі збудження кристалів в області фундаментального поглинання) із широкою смугою свічення з максимумом в області 2,3…2,2 еВ. Максимальний вихід інтегральної люмінесценції фіксується поблизу температури кипіння рідкого азоту. При подальшому зниженні температури зразків до температури кипіння рідкого гелію в спектрах люмінесценції реєструються крім домінуючого за інтенсивністю свічення з максимумом в області 2,5−2,1 еВ також і слабко інтенсивні при крайові смуги в області 3,3−3,1 еВ, зумовлені авто локалізованими екситонами.

Серед класу шаруватих кристалів значна функція належить високоомному радіаційно стійкому йодистому кадмію, легування якого різними домішками дає змогу отримувати, зокрема, люмінофори на видимий спектральний діапазон, фото чутливі елементи, детектори ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання тощо. Вивченю його оптико-люмінесцентних характеристик присвячено чимало праць. Проте, природа після свічення в галогені дах кадмію інтерпретують різні автори по-різному і пов’язується зі свіченням релаксованих, авто локалізованих або само захоплених екситонів, з рекомбінацією нерівноважних носіїв заряду через донорно-акцепторні (ДА) пари власних дефектів структури.

Відомо, що в кристалах йодистого кадмію люмінесценцію можна збудити електромагнітним опроміненням із області фундаментального поглинання зразків. Спектральний склад після свічення і його кінетичні характеристики залежать від розподілу дефектів у кристалах. У чистих зразках, і, зокрема, вирощених методом Бріджмена-Стокбагера із сировини, попередньо очищеної зонним плавленням, домінують в основному точкові дефекти типу Шотткі, а також присутні в значній кількості крайові та гвинтові дислокації. Найхарактернішою особливістю таких об'ємних кристалів є селективна смуга за краєм фундаментального поглинання в області 3,23 еВ, котра проявляється в спектрах поглинання та спектрах збудження фотолюмінесценції при температурах, нижчих 200 К. Природу цієї смуги до сьогодні ще остаточно не встановлено і в літературних джерелах немає однозначної її інтерпретації. Вказану смугу приписують різним центрам, як то надлишковому кадмію, лінійним дефектам кристала, екситонам, отже, збудження домішкового центру при безвипромінювальній рекомбінації нерівноважних носіїв заряду на донорно-акцепторних парах, внутрішньо центровим переходам в неконтрольованій домішці свинцю тощо.

1.3 Спектральні характеристики чистого CdI₂ та активованого домішками Cu та Pb. Активація CdI₂

Встановлено, що форма спектра люмінесценції чистих кристалів йодистого кадмію, збуджених між зонним світлом, залежить від інтенсивності селективної смуги поглинання за краєм фундаментальної зони в області 3,23 еВ. У кристалах із незначною інтенсивністю цієї смуги за температури кипіння рідкого азоту (77 К), в фотолюмінесценції максимум свічення припадає на зелену область (близько 2,5 еВ) спектра та є флюоресценцією із часом релаксації близько 50 нс. Чим більша інтенсивність селективної смуги 3,23 еВ, тим більше в спектрі люмінесценції домінує жовта фосфоресценція з часом релаксації після свічення близько 5 мкс та маж місце зсув максимуму в довгохвильову область до 2,2 еВ. За кімнатних температур у спектрі люмінесценції йодистого кадмію домінує швидка складова з слабко інтенсивною широкою нелементарною смугою з максимумом при 2,5 еВ.

Селективна смуга 3,23 еВ в спектрах поглинання йодистого кадмію простежується лише за температур, нижчих від 200 К і лише для орієнтації, коли фото збудження відбувається в напрямку вдовж (або під великими кутами до) головної кристалографічної осі С₆. Тобто поглинання світла як поперечної електромагнітної хвилі з такою енергією (близько 3,23 еВ) здійснюється центрами, що забезпечують електронні переходи в площині структурного шару (перпендикулярно осі С₆ кристала). Потрібно зазначити, що в чистих кристалах CdI₂ практично неможливо в однофотонному режимів області температур нижче 200 К збудити фотолюмінесценцію світлом з енергією квантів менше 3,1 еВ.

Встановлено також, що інтенсивність смуги поглинання в області 3,23 еВ корелює із інтенсивністю піків на кривих термостимульованої люмінесценції (ТЛС), термостимульованої деполяризації (ТЛД), термостимульованих струмів (ТСС), отриманих за попереднього збудження кристала CdI₂ при 77 К світлом з краю фундаментального поглинання зразків. Ці піки зумовлені локальним енергетичними рівнями в забороненій зоні йодистого кадмію, що генеровані власними точковими (Cd_i, V_Cd, V_I) та лінійними дефектами (ЛД) структури. Збільшити інтенсивність такої смуги поглинання та збудження люмінесценції 3,23 еВ можна, наприклад, лазерним обробленням поверхні. Цей факт може слугувати підтвердженням власної природи вказаної смуги поглинання.

Однак відзначимо, що введення в кристали йодистого кадмію в невеликих концентраціях домішок сприяє практично у всіх випадках підвищенню інтенсивності вищезгаданої селективної смуги та приводять до розширення (залежно від сорту домішки) цієї смуги, вказуючи на неелементарність її природи. Особливо «активно» збільшують інтенсивність селективної смуги домішки 1-ї групи періодичної таблиці елементів (мідь, золото тощо) (рис. 4). Своєю чергою, значно «розширюють» зазначену селективну смугу поглинання (а отже, чітко вказують на присутність у таких активованих зразках близько розміщені принаймі двох смуг в області 3,24−3,10 еВ) домішки четвертої групи, зокрема домішка свинцю (рис. 4).

З метою кращого спостереження особливостей прояву люмінесцентних властивостей йодистого кадмію, використано домішку міді. Цей активатор, з одного боку, істотно підвищує інтенсивність зелено-жовтої люмінесценції, характерної для чистих зразків, а з іншого, практично не змінює (за незначних концентрацій домішки) порівняно з чистими зразками спектральний склад свічення (рис. 4, криві 1, 1', 1''). До того ж (чи як наслідок вищенаведеного), в активованих міддю кристалах йодистого кадмію істотно зростає, порівняно з чистими зразками, інтенсивність селективної смуги поглинання та збудження люмінесценції в області 3,24−3,21 еВ (за напрямку поширення світла, близько до напрямку головної кристалографічної осі С₆).

Рис. 4: Спектри збудження фотолюмінесценції кристалів CdI₂ (1), CdI₂:Cu (2), CdI₂:Pb (3) та їх спектри свічення у разі збудження світлом з енергією 3,5 еВ (1', 2', 3'), світлом 3,23 еВ (1 2 3'') та 3,1 еВ (4). T=80 K.

Під час збудження в кристалах йодистого кадмію фотолюмінесценції світлом із області селективної смуги 3,23 еВ спостерігається свічення, спектральний склад якого залежить від температурних умов перебування дослідних зразків (рис. 5). При Т>50 K в спектрі свічення спостерігається як швидка зелена флюоресценція, так і червона фосфоресценція з максимумом при 1,9 еВ (рис.5). До речі, червона люмінесценція практично не проявляється у разі між зонного збудження чистих монокристалів йодистого кадмію вздовж головної кристалографічної осі (рис. 4).

У кристалах з домішкою міді на спектрах фотопровідності (ФП), виміряних вздовж головної кристалографічної осі одночасно із СЗФЛ, в домішко вій області спостерігається «симетричний» до селективної смуги 3,23 еВ мінімум («анти смуга»). Цей факт свідчить про внутрішньо центровий характер збудження йодистого кадмію в цій ділянці спектра.

За результатами вимірювань температурних залежностей спектрів ФП, СЗФЛ, ФЛ, кінетики ФЛ та зіставлення їх із даними ТАС встановлено, що з ростом температури від 4 К зростає інтенсивність фотолюмінесценції в зелено-жовтій ділянці спектра, досягаючи свого максимального інтегрального виходу за температур близько 100−110 К для чистих кристалів, та близько 130−140 К — для активованих. Вище від вказаних температур спостерігається спад інтенсивності інтегрального виходу люмінесценції, а також має місце температурний зсув положення селективної смуги за краєм поглинання.

На рис. 5 зображено схему енергетичних рівнів системи CdI₂:PbІ₂ при 4,2 К. Оскільки шари вихідних матеріалів на перемішуються, на малюнку вказана ширина непрямої зони йодистого кадмію при даній температурі 3,48 еВ. Розміщення енергетичних рівнів свинцю відносно валентної зони CdI₂ було оцінено за результатами дослідження ФЛ кристалів CdI₂:Pb²⁺ .

Рис. 5. Схема енергетичних рівнів системи CdI₂:PbІ₂ при 4,2 К

1.4 Люмінесцентні властивості CdI₂:Pb

Спектр свічення при збудженні CdI₂:Pb²⁺ світлом з довжиною хвилі 384 нм заданий максимумами 545 і 655 нм (рис. 6б, крива 1). Для спектра випромінювання у випадку збудження кристалу світлом з довжиною хвилі 392 нм характерна смуга 560 нм, на довгохвильовому спаді якої в області 610−630 нм спостерігається згин. Збудження CdI₂:Pb²⁺ світлом з області 395 нм зумовлює зміщення максимуму спектра ФЛ до 575 нм (рис. 6б, крива 2).

Рис. 6 Спектри ФЛ при температурі 85 К кристалу CdI₂:(Pb²⁺, Mn²⁺) при збудженні світлом з довжиною хвилі 340(1), 384 (2), 392 нм (3) (а) і кристалів CdI₂:Pb²⁺ (1,2) і CdI₂:Mn²⁺ (3,4) при збудженні світлом 384(1,4), 395(2) і 340 нм (3) (а)

Оскільки свічення кристалів йодиду кадмію з домішкою Mn²⁺ є дещо схожим, тому наведено приклади спектрів збудження комплексних сполук CdI₂:(Pb²⁺, Mn²⁺) та CdI₂:Mn²⁺. При збудженні CdI₂:Mn²⁺ світлом області власного поглинання в спектрі ФЛ виявляється інтенсивна активаційна смуга 740 нм і слабка смуга з максимумом біля 570 нм (рис. 6б, крива 3). Спектр Фл цього кристалу при оптичному збудженні в області смуги 384 нм задається максимумами 540 і 690 нм (рис. 6б, крива 4). Зі співставлення спектрів, наведених на рис. 6а і рис. 6б, випливає, що при 85 К люмінесценція CdI₂:(Pb²⁺ Mn²⁺) формується центрами характерними для матриці, зв’язаними з домішками свинцю і зумовлені домішкою мангану.

Спектри збудження окремих смуг ФЛ полі активованого кристалу при

85 К зображені на рис. 7а. При цій температурі спектр збудження люмінесценції 560 нм характеризується слабкою смугою 335 нм і більш інтенсивними смугами 375 і 392 нм (крива 1). В спектрі збудження свічення 560 нм CdI₂:Pb²⁺ також виявлена смуга 392 нм.

Рис. 7: Спектри збудження ФЛ в максимумах смуг 560 (1), 660 (2) і в області 740 нм (3) кристалу CdI₂:(Pb²⁺, Mn²⁺) при температурі 85 К (а) і температурні залежності інтенсивності ФЛ в сумгах 740 (1−3) і 560 нм (4) при збудженні кристалу CdI₂:(Pb²⁺, Mn²⁺) свілом з довжиною хвилі 340 (1), 384 (2), 565 (3) і 392 нм (4).

Люмінесценція CdI₂:(Pb²⁺, Mn²⁺)з максимумом при 660 нм слабо збуджується в області зона-зонних переходів і відносно інтенсивно в області поглинання Pb²⁺-центрів, при цьому в спектрі домінує смуга 384 нм (крива 2).

Спектр збудження люмінесценції CdI₂:Pb²⁺ при кімнатній температурі характеризується слабкою смугою в області власного поглинання, котра перекривається з інтенсивною активаційною смугою 415 нм (рис. 8а). За цієї температури спектральний склад ФЛ кристалу CdI₂:Pb²⁺ як при оптичному збудженні області активаційної смуги 390−415 нм заданий асиметричною смугою 565−580 нм (рис. 8 б, криві 1 і 2).

Рис. 8: спектр збудження інтегральної ФЛ кристалу CdI₂:Pb²⁺ при 295 К (а); спектри ФЛ кристалу CdI₂:Pb²⁺ при збудженні в областях 370 (1) і 400 нм (2) (б)

1.5 Застосування кристала CdI₂:Pb²⁺

Корисна модель відноситься до галузі приладобудування, а саме до пристроїв реєстрації іонізуючого випромінювання, зокрема в області сцинтиляційної техніки для реєстрація б-частинок.

Запропоновано використати шаруватий кристал CdI₂:Pb²⁺ як сцинтилятор для реєстрації б-частинок, оскільки він має широку смугу люмінесценції з максимумом в області 570−580 нм, має густину с=5,67 г/см³, ефективний атомний номер Z_еф=52 і низьку температуру плавлення. Внаслідок їх негідроскопічності, можуть використовуватись для реєстрації потоків іонізуючого випромінювання без упаковки в контейнер.

Використання матеріалу CdI₂:Pb²⁺ у парі з фотоприймачем на основі кремнію дозволяє проводити спектрометрію іонізуючого випромінювання у магнітних полях, покращити стабільність параметрів, підвищити чутливість і зменшити габарити та вагу детектора.

CdI₂:Pb²⁺ характеризується енергетичним розділенням у 19%, що в сукупності з високим світло виходом дозволяє отримати краще спектральне узгодження з фотоприймачем на основі кремнію. Як перетворювачі іонізуючого випромінювання кристали CdI₂:Pb²⁺ володіють високою густиною та ефективного атомного номера, характеризуються доброю ефективністю при високій радіації.

спектр люмінесценція йодистий кадмій

Розділ 2: Експериментальна частина

2.1 Об'єкт дослідження

Експерименти проводилися на кристалах, вирощених методом Стокбаргера-Бріджмена з додатково очищеної солі кваліфікації «чда». Концентрація домішки PbI₂ в тиглі при вирощування кристалів становила приблизно 0,1 та 0,5моль. %.

Зразки у вигляді пластин розміром ?10*7*0,8 мм³ вирізано з кристалічного злитку і сколото вздовж шарів перпендикулярно до осі С₆ тонким лезом бритви. При виготовленні пластин було отримано для аналізу: чистий CdI₂ з наявними в ньому дефектами, утворених внаслідок деформації при сколенні; чистий CdI₂ без видимого порушення структури; CdI₂:PbI_2. На вигляд кристали чистого CdI₂ є прозорі, а кристали CdI₂ з домішкою свиню мають жовтувате забарвлення.

2.2 Дослідження спектрів поглинання

Дослідження спектрів поглинання проводилися з допомогою спектрального приладу «Specord UV-VIS», джерело випромінювання якого дає свічення в широкому спектрі від УФ до довгих хвиль видимого спектру. Блок-схема зображена на рис. 9

Рис. 9: блок-схема спектрофотометра «Specord UV-VIS» основні елементи приладу:

1- джерело випромінювання

2- монохроматор

3- модулятор

4- обертальне дзеркало для розчеплення пучка

5- еталонний зразок

6- досліджуваний зразок

7- детектор випромінювання

8- підсилювач

9- демодулятор

10-вимірювальний потенціометр

11- електронний перетворювач

12- підсилювач приладу спостереження

13- двигун

14- листовий самописець

15- керований блок живлення ФЕП

16- двигун модулятора

17- механізм програмного керування

18- диск хвильових систем

19- передавальний механізм

20- двигун для зміни хвильового числа Під час виконання експерименту було отримано спектри поглинання зображені на рис. 10. На панелі керування приладу було встановлено шкалу на 100% поглинання. Відповідно на реєстру чий папір було нанесено шкалу довжин хвиль від 345 до 650 нм.

З кривих поглинання для різних зразків видно що край власного поглинання для CdI₂ чистого знаходиться біля 390 нм, що вказує на непрямий край фундаментального поглинання при кімнатній температурі лежить в області 3,2 еВ.

Рис. 11: спектри поглинання зразків: CdI₂ чистого, CdI₂ з дефектами структури, CdI₂:PbI₂.

Для двох інших зразків край поглинання був зміщений до 410 нм і 430 нм для CdI₂ дефектного і CdI₂:PbI₂ відповідно. Зсув краю поглинання пояснюється впливом дефектів та домішки, що створюють додаткові центри поглинання. При чому вплив домішки на поглинання є значно сильніший ніж вплив дефектів.

Користуючись законом Бугера-Ламберта-Бера, який описує поглинання зразка,

I=I₀(1-R)²e^-kd

та знаючи товщину зразка d=0,08 мм, при значенні R=15, можна визначити коефіцієнт поглинання k за формулою:

.

Маючи значення коефіцієнту поглинання для кількох значень довжини падаючої хвилі, можна побудувати залежність k=f (л) (на рис. 12), та оцінити значення коефіцієнтів поглинання на краю поглинання.

Рис. 12: залежність коефіцієнту поглинання від довжини хвилі k=f (л).

З графіків залежності k=f (л) видно, що краю поглинання кожного із зразків відповідає певне значення коефіцієнту поглинання, при цьому він збільшується для зразків з дефектами та домішкою.

Отримані результат приблизно співпадали з даними описаними в літературі, маючи незначні відхилення. Це свідчить про ефективність проведення вимірювань.

2.3 Дослідження спектру збудження люмінесценції

Дослідження спектру збудження інтегральної ФЛ дозволяє визначити, при якій довжині хвилі збуджуючого випромінювання буде максимальна інтенсивність люмінесценції кристалу CdI₂:PbI₂.

Під час дослідження використовувався той самий зразок, що й у вивченні спектрів поглинання. Було очікувано, що пік інтенсивності збудженої люмінесценції припаде на довжину хвилі 415−430 нм, при якій спостерігається край поглинання CdI₂:PbI₂.

Установка для дослідження базувалась на використанні ртутної лампи як джерела випромінювання, монохроматора ДМР-4 та фотоелектронного помножувача ФЕП-51. Блок-схема даної установки наведена на рис. 13.

Рис. 13: Блох-схема експериментальної установки

1- джерело випромінювання

2- фокусуюча лінза

3- монохроматор ДМР-4

4- зразок під кутом 45⁰

5- ФЕП-51

6- реєструючий прилад Результат вимірювання залежності інтенсивності інтегральної ФЛ від довжини збуджуючого випромінювання I=f (л) зображений на рис. 14. Спостерігається два максимуми, які відповідають які відповідають власному поглинанню та домішковому поглинанню.

Рис. 14: спектр збудження інтегральної ФЛ для кристалу CdI₂:PbI₂.

Маємо дві смуги: широку смугу 378 нм, що відповідає краю власного поглинання, та вузьку 415 нм, що викликана неконтрольованою домішкою свинцю. Результати добре узгоджуються з результатами отриманими при вивченні спектрів поглинання. Тобто смуги збудження ФЛ відповідають краю поглинання.

Отримані значення смуг збудження інтегральної ФЛ 378 і 415 нм, можуть бути використані в подальшому дослідженні спектрів ФЛ, для збудження зразка.

Висновки

1. Користуючись інформацією вивченою у літературному огляд, можна сказати, що кристали CdI₂:Pb²⁺ характеризуються приблизно на порядок більшим світловиходом, ніж CdI₂, однак при цьому поступаються останньому за часовим розділенням. В спектрах поглинання кристалів CdI₂:Pb²⁺ спостерігається лише А-смуга поглинання, більш високоенергетичні переходи накладаються на область власного поглинання.

2. Провівши експеримент слід зазначити, що дефекти і домішки несуть великий вплив на поглинання, зміщуючи край власного поглинаня приблизно на 10 і 20 нм відповідно. Смуги спектру збудження інтегральної ФЛ 378 і 415 нм відповідають значенням країв поглинання.

3. Кристали CdI₂:PbI₂ можуть бути використані для виготовлення сцинтиляційних детекторів.

Список використаних джерел

1. Болеста І.М. Люмінесцентні властивості кристалів CdI₂ // УФЖ.- 1976. Т. 21. № 1. С. 28−33.

2. Лискович А. Б., Глосковська Н. К., Болеста І.М. Люмінесценція активованих кристалів йодистого кадмію // УФЖ.- 1977. Т. 22. № 9. С. 1550−1553.

3. Лискович А. Б., Глосковська Н. К., Болеста І.М. Вплив дефектів структури на оптичні властивості кристалів CdI₂ // УФЖ.- 1975. Т. 20. № 6. С. 912−915.

4. Новосад С. С., Турчак Р. М., Кушнір О.Б., Пастирський Я. А. Спектрально-кінетичні характеристики активованих кристалів йодистого кадмію // Неорган. матеріали.- 2001. Т. 37. № 8. С. 1005−1009.

5. Глосковська Н. К., Кітик І.В., Ярицька Л.І. Особливості оптико-спектральних характеристик системи CdI₂:PbI₂ // ФТТ.- 1994. Т. 36. № 7. С. 1968;1973.

6. Лискович А. Б., Глосковська Н. К., Болеста І.М. Люмінесценція кристалів галоїдних сполук кадмію, активованих марганцем // Физ. електроніка.- 1977. Вип. 14. С. 33−39.

7. Новосад С. С., Новосад І.С., Матвіїшин І.М. Люмінесценція і фото чутливість кристалів PbI₂ // Неорганічні матеріали.- 2002. Т. 38. № 10. -С. 1253−1259.