Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Экситоны в чистых и примесных ЩГК 12
1.1. Автолокализованные экситоны в чистых ЩГК 12
1.2. Дырочные центры в ЩГК с гомологическими примесями 17
1.2.1. Гетероядерные Уь-центры и Ук-центры, связанные с дефектами решетки 18
1.2.2. Н- Нл- Нв - центры 22
1.3. Локализованные экситоны в ЩГК с катионными гомологическими примесями 26
1.4. Локализованные экситоны в ЩГК с анионными гомологическими примесями 28
1.4.1. Поглощение локализованными экситонами 28
1.4.2. Излучение локализованных экситонов в KCI.T..: 31
1.4.3. Излучение локализованных экситонов вКС1:Вг 35
1.5. Взаимодействие электронных возбуждений с мономерами тяжелой анионной гомологической примеси в ЩГК 37
1.6. Причины локализации электронных возбуждений в дефектной области кристалла 39
ГЛАВА 2. Эксперименнтальнъте методы исследований, использованные в работе 43
2.1. Образцы для исследований 43
2.2. Импульсный оптический спектрометр 44
2.3. Методика проведения эксперимента 45
2.4. Градуировка измерительного тракта спектрометра 48
2.5. Обработка результатов исследований 52
ГЛАВА 3. Взаимодействие первичных дефектов с локальными деформациями решетки в модельных системах 59
3.1. Импульсная катодолюминесценция кристаллов КС1Т и КС1:Вг 60
3.2. Экситоны, локализованные около димеров примеси 66
3.2.1. Околодимерные экситоны в КС1 :Вг 67
3.2.2. Околодимерные экситоны в КС1:1 70
ВЫВОДЫ 78
ГЛАВА 4. Взаимодействие первичных радиационных дефектов с дорадиационными в кристаллах MGF2H природных объектах 79
4.1. Преобразования накопленных дефектов при взаимодействии с первичными в кристалле MgF2 80
4.2. Импульсная катодолюминесценция кристалла MgF2 93
4.3. Взаимодействие первичных радиационных дефектов с дефектами в природных кристаллах 107
Выводы 112
Заключение 114
Литература
- Дырочные центры в ЩГК с гомологическими примесями
- Импульсный оптический спектрометр
- Экситоны, локализованные около димеров примеси
- Импульсная катодолюминесценция кристалла MgF2
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ И СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Радиационное воздействие на твердофазные вещества приводит к значительному изменению их физико-химических свойств. Поэтому важны исследования, направленные на установление природы процессов, приводящих к изменению свойств, с целью поиска путей управления этими процессами.
При исследовании радиационных эффектов в широкощелевых материалах наибольший прогресс достигнут в понимании процессов генерации первичной радиационной дефектности в чистых кристаллах щелочных галогенидов, фторидах щелочноземельных металлов, некоторых оксидных материалах. Однако, даже в номинально чистых материалах существует большое количество примесей, особенно гомологических, дефектов в структуре решетки, вызванных не идеальными условиями их выращивания, не говоря уже о тех, которые вводятся специально. Наличие примеси приводит к значительным локальным деформациям решетки, что сказывается на эффективности взаимодействия с подвижными электронными возбуждениями в ионных кристаллах. В таких кристаллах происходит неоднородное по объему выделение поглощенной энергии радиации, реализуется сложная картина реакций взаимодействия генерируемых облучением первичных дефектов между собой и существующей или накопленной длительным облучением дефектностью. Это приводит к разрушению и электрическому пробою диэлектрика в местах скопления неоднородности, изменению скоростей химических реакций, образованию локализованных и автолокализованных экситоноподобных состояний, возбуждению собственной и примесной люминесценции, изменению исходной дефектной структуры материала, накоплению новых собственных и примесных центров окраски и другим эффектам [1-28]. Итоговый результат радиационно-стимулированных процессов в таких реальных кристаллах
может очень сильно отличаться от результатов полученных при
* исследовании чистых материалов. Поэтому без знания процессов влияния
дефектов на стимулированные радиацией реакции невозможно
Ш прогнозировать поведение материалов и изделий в радиационных полях,
разрабатывать технологии получения новых материалов с заданными
свойствами, модификации их свойств с использованием радиации.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Целью настоящей работы является изучение закономерности
взаимодействия первичных дефектов с существующими на примере ЩГК с
гомологическими примесями и кристалла MgF2 с предварительно
наведенными F-центрами методами импульсной спектрометрии.
Для достижения поставленной цели было необходимо:
исследовать процессы взаимодействия первичной радиационной дефектности с локальными деформациями решетки в смешанных (сильнолегированных) ионных кристаллах.
исследовать ядерные конфигурации локализованных электронных возбуждений в смешанных ионных кристаллах.
исследовать механизмы взаимодействия первичной дефектности с присутствующей в образцах кристалла MgF2.
Указанные задачи решались при выполнении работ по программе
'# «Университеты России», тема «Радиационно-химические процессы в
Ф смешанных ионных кристаллах» (2004 -2005гг., рук. - доц. Корепанов В.И.);
гранту РФФИ «Катастрофические процессы в материалах при возбуждении мощными импульсами потоков электронного и лазерного излучения» (2004-2005гг., проект 04-02-16339, рук. - проф. Лисицын В.М.); по плану ТПУ, тема «Исследование нестационарных процессов в материалах при импульсных лазерных и электронных воздействиях». (2003-2005гг., рук. - проф. Лисицын В.М.,№Гос.рег.: 01200315128).
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Впервые проведены детальные исследования спектральных и кинетических характеристик люминесценции сильнолегированных кристаллов КС1:Вг и КС1:1 при возбуждении сильноточным электронным пучком наносекундной длительности в широком временном (10" - 10" с) и температурном (28-300 К) диапазонах; ряд исследований проведен методами каскадного возбуждения.
Обнаружены новые полосы люминесценции в спектрах импульсной катодолюминесценции (ИКЛ) в кристаллах КС1:1 с максимумом при 3.8 эВ, КС1:Вг с максимумами при 2.15, 2.8 эВ.
Впервые проведены исследования температурных зависимостей времени затухания, интенсивностеи свечения, и высвеченных светосумм компонентов затухания полосы 3.8 эВ и 3.4 эВ в кристаллах KCl'.I, длинновременного компонента затухания полосы 3.6 эВ в КС1:Вг; температурных зависимостей интенсивности ИКЛ F2(C2h)~ и Р2(Сі)-центров в кристалле MgF2. температурных зависимостей т, I, S медленного компонента затухания свечения Р2(С2ь)- и Р2(С])-центров в кристалле MgF2.
Получены новые доказательства существования влияния дефектов структуры на топографию локализации электронных возбуждений в щелочио-галоидных кристаллах (ЩГК), MgF2 -
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы при построении моделей прогнозирования поведения материалов в поле радиации, для разработки методов управления радиационной стойкостью и модификации их свойств, для создания новых методов контроля дефектной структуры конденсированных сред, их анализа при возбуждении исследуемого материала сильноточным электронным пучком.
Закономерности, полученные для модельных кристаллов, могут быть использованы для интерпретации явлений, наблюдаемых в других типах веществ: оксидах, стеклах, минералах, в том числе уже нашедших
s практическое применение в качестве детекторов в термолюминесцентных и термоэмиссионных дозиметрах, люминесцентных индикаторов излучения, сред для записи и хранения информации, активных сред для лазеров на центрах окраски и в других качествах. Особо следует подчеркнуть возможности использования полученных результатов в качестве научной базы для создания импульсного катодолюминесцентного анализа природных объектов, минералов.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
Полосы люминесценции 3.8 эВ и 3.4 эВ в кристалле КС1:1 и полоса люминесценции 3.6 эВ в кристалле КС1:Вг обусловлены излучательным распадом экситонов, локализованных около димеров примеси.
В кристаллах КС1:1 и КС1:Вг создается одинаковый набор локализованных экситонов. Влияние размера примеси сводится лишь к незначительному смещению максимумов полос и изменению кинетических характеристик их свечения.
Взаимодействие электронных возбуждений с центрами окраски в кристалле MgF2 влияет на топографию их локализации, стимулирует F—>F2, Рг^Ег реакции, возбуждает синглетную и триплетную (при Т>150 К) люминесценцию F2-neHTpOB. Взаимодействие созданных за импульс Н-центров с Рг-центрами приводит к разрушению Р2-центров и возбуждению их люминесценции при Т>180 К.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД
Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором, а также совместно с сотрудниками кафедры лазерной и световой техники электрофизического факультета Томского политехнического университета, и отражены в совместных публикациях. Личный вклад автора включает участие в постановке задачи исследования и планировании эксперимента, в проведении комплекса экспериментальных исследований по изучению
излучательных и абсорбционных свойств отобранных групп минералов, в обсуждении и анализе полученных данных.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Результаты настоящей работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 12-ой международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (Томск, 2003), 9-ой международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (Кемерово, 2004), 4-ой международной конференции "Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах" (Томск, 2004), школе-семинаре «Люминесценция и сопутствующие явления», посвященной памяти заслуженного деятеля науки РФ профессора И.А. Парфиановича (Иркутск, 2000), 6-ой, 7-ой, 8-ой, 9-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2000, 2001, 2002, 2003), региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2003), научно-технической конференции студентов электрофизического факультета (Томск, 1999г), 8-ой международной конференции по физике твердого тела (Алматы, Казахстан, 2004), 7-ом Российско-китайском симпозиуме по лазерной физике и лазерным технологиям (Томск, 2004), б-ой, 10-й всероссийских научных конференциях студентов физиков и молодых ученых (Екатеринбург, 2000, Москва, 2004), международной конференции «Спектроскопия вакуумного ультрафиолета и взаимодействие излучения с конденсированной материей» (Иркутск, 2005).
ПУБЛИКАЦИИ
Научные результаты, представленные в диссертации опубликованы в 15 печатных работах (1 статья в рецензируемом журнале, 8 статей в сборниках трудов конференций, 6 тезисов докладов всероссийских и международных конференций).
СТРУКТУРА РАБОТЫ
Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 132 наименований, изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 7 таблиц.
Во введении дана общая характеристика, анализ современного состояния проблемы, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, научные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе диссертации представлен обзор основных сведений о свойствах первичной радиационной дефектности в чистых и примесных ионных кристаллах. Показано, что введение гомологических примесей (легких катионов или тяжелых анионов) в ЩГК приводит к образованию околопримесных экситонов. Анализ литературных данных позволил обозначить круг нерешенных проблем в исследованиях взаимодействия электронных возбуждений с дефектами решетки, обосновать цели и задачи исследования, пути их решения.
Во второй главе приведено описание использованной для исследований установки импульсной катодолюминесцентной спектрометрии с наносекундным временным разрешением, методов обработки результатов исследований. Подробно описана методика обработки результатов кинетических измерений. Дано описание градуировки спектральной чувствительности измерительного тракта спектрометра.
Третья глава посвящена описанию особенностей взаимодействия первичной дефектности с дефектами - анионами гомологами с большей массой, чем матричные, в щелочногалоидных кристаллах. Описаны результаты исследования импульсной катодолюминесценции кристаллов КС1:1 и КС1:Вг при температурах 30 - 300 К, во временном интервале 10"8 -10' с. Обсуждается природа впервые обнаруженных полос свечения. Исследована релаксация короткоживущих околопримесных экситонов при
11 оптическом их довозбуждении в кристаллах КС1:1 и КС1:Вг. Обнаружены и исследованы околодимерные экситоны.
В четвертой главе обсуждаются процессы разрушения и образования F-и Рг-центров окраски, при взаимодействии их с электронными возбуждениями в кристалле MgF2. Приведено описание результатов исследования импульсной катодолюминесценции кристалла MgF2. Приведены также результаты исследований природных кристаллов, минералов, с целью поиска в них изучаемых в настоящей работе процессов: взаимодействия первичных дефектов с имевшимися в кристалле.
В заключении обобщены и кратко сформулированы основные полученные автором результаты исследований.
Дырочные центры в ЩГК с гомологическими примесями
Наличие в кристаллах примесей и структурных дефектов приводит к возможности локализации Vk-центра рядом с примесью или дефектом, либо захвата Vk-центра примесью. В кристаллах с анионозамещающей примесью возможно образование гетер оядерного Ук центра типа молекулярного иона XY", где X — ион основания, a Y — ион гомологической анионной примеси.
Модели гетероядерных Ук-центров, а также Ук-центров, локализованных рядом с катионной вакансией (Vp-центр) и примесным ионом щелочного металла, более легким, чем катион основания (V1{A-центр), показаны на рис. 1.4 .
Центры такого типа довольно хорошо изучены оптическими методами и методом ЭПР [37-39]. Установлено, что замена одного из ионов молекулярного иона Х2- более тяжелым примесным анионом или изменение в ближайшем окружении Vk-центра (замена катиона вакансией или примесным атомом) приводит к изменению физических характеристик Ук- центра.
Обнаружение захвата дырки катионными примесями (Tl+, In 1", Ag4" и т. п.) в. ЩГК позволило предположить, что аналогичный эффект может наблюдаться и для анионной гомологической примеси. В частности, можно было ожидать, что ионы Вг" и Г в КС1 будут захватывать дырку, так как их электро отрицательность % ниже, чем у СГ: % (Вг) =8.2 эВ, % (I) =7.5,х(С1)=8.9эВ[39].
Экспериментально такая возможность была подтверждена в работах [38, 39]. Оказалось, что при захвате дырки ионом Вг" в КС1, например, образуется ВгСГ-центр, ориентированный, так же как и Ciy-центр, в направлении 110 (рис. 1.4). Спектры ЭПР и оптического поглощения, а также термическая стабильность ВгСГ-центра в КС1 хорошо изучены [39]. Спектр поглощения ВгСГ-центров, так же как и С12"-центров, состоит из двух полос: сильной а-поляризованной полосы в ультрафиолетовой области с максимумом 382 им и слабой полосы с максимумом 760 нм. Спектр ЭПР ВгСГ-центров также отличается от спектров СЦ"-центров. Это отличие проявляется в изменении как g-фактора, так и параметров сверхтонкого взаимодействия. Величина сверхтонкого взаимодействия с ядром Вг в ВгСГ больше, чем в Вг2", и в то же время сверхтонкое взаимодействие с ядром С1 меньше в ВгСГ, чем в СІ2-. Дырочная плотность на Вг в молекулярном ионе ВгСГ больше, чем на С1 (этого следовало ожидать, учитывая разницу в электроотрицательности Вг и С1). Таким образом, ВгСГ-центр в отличие от Сіу-центра, в котором дырка размазана равномерно по двум ионам С1, имеет электрический дипольный момент. Этот эффект, возможно, является причиной того, что ВгСГ-центр смещен по направлению 110 в сторону Вг" (рис. 1.4). Действительно, ближайшие соседи ВгСГ-центра притягивают более отрицательный конец диполя (С1) и отталкивают положительно заряженный Вг". Существенно различаются процессы реориентации и миграции для гомо- и гетероядерных Vk-центров. В гомоядерных центрах типа С12" температуры реориентации и делокализации (разрушения) различаются мало, так как миграция (диффузия) осуществляется путем реориентационных скачков.
В гетероядерных же Vk-центрах дело обстоит иначе. Температуры реориентации (Тг) и делокализации (Td) значительно различаются (табл. 1.2). Реориентация для ВгСГ-центров, например, начинается при температурах значительно меньших, чем для СЬ . Это связано, вероятно, с большим, чем в С12", межъядерным расстоянием в ВгСГ-центре. Перескок молекулярной связи осуществляется только на ионы С Г, находящиеся в ближайшем окружении Вг, т. е. происходит вращение связи вокруг Вг. Диффузия же протекает при температурах, значительно превышающих Тг. Возможно, она начинается в области температур, при которых разрывается связь в молекуле ВгСГ, и образовавшийся С12" -центр уходит от Вг".
Импульсный оптический спектрометр
Для исследований нами использовались образцы кристаллов КС1:1, КС1:Вг, MgF2 и полевых шпатов. Обычно использовались образцы прямоугольной формы. Типичные размеры образцов 10x5x0.8мм3.
Образцы КС1:1 и КС1:Вг выкалывались из блока кристаллов по плоскостям спайности. Кристаллы КС1:1, КС1:Вг были выращены в Томском политехническом институте методом Киропулоса, концентрация примеси в образцах определялась колориметрическим методом.
Образцы кристаллов MgF2 и полевых шпатов вырезались из блока по различным кристаллографическим направлениям, затем образцы подвергались шлифовке и полировке. Кристаллы MgF2 были выращены в Государственном оптическом институте методом Стокбаргера и отличались малым содержанием примесей. Это подтверждается высокой оптической прозрачностью кристаллов в диапазоне 100-3000нм.
Паспортизованные образцы полевых шпатов были предоставлены минералогическими музеями Томского государственного университета и Томского политехнического университета.
Основные экспериментальные результаты были получены с помощью импульсного оптического спектрометра, разработанного на кафедре лазерной и световой техники на базе ускорителя электронов ГИН-600. Функциональная блок-схема спектрометра представлена на рис.2.1. Спектрометр был разработан для изучения стимулированных радиацией быстропротекающих процессов в твердых телах, позволяет производить измерения спектрально-кинетических параметров нестационарного поглощения и люминесценции оптических материалов после возбуждения сильноточным электронным пучком или импульсами лазерного излучения, а также при последовательном возбуждении импульсами электронов и лазерного излучения [80]. В состав спектрометра (рис.2.1.) входят: источники возбуждения (ускоритель, лазеры), источники зондирующего света (импульсная лампа ИНП-5/45 для области 10 "э -10 с, дейтериевая и галогенная лампы для области 10"5-10 с), измерительная ячейка (криостат), монохроматоры, фотоэлектронные умножители (ФЭУ-97, 118, 83), цифровой запоминающий осциллограф (Tektronix TDS 2022), блоки импульсного питания ФЭУ и лампы, блок синхронизации, обеспечивающий срабатывание отдельных элементов в необходимой последовательности, вакуумная система.
Технические возможности спектрометра: спектральная область измерений- 200-1200нм; временное разрешение- 7нс; температурный диапазон измерений- 20-700К; длительность импульса тока электронов варьировалось в пределах - 2-1 Онс; диапазон возможных плотностей тока пучка электронов- 0.1-1000А/см ; максимальная энергия электронов — 400кэВ; средняя энергия электронов - 200-250кэВ.
Для проведения исследований образцы располагались в измерительной ячейке криостата, в выбранных в кристаллодержателе пазах, и прижимались к полированной поверхности меди с помощью пружин. Держатель был закрыт со всех сторон отполированными алюминиевыми пластинами, в которых имелись лишь отверстия для прохождения световых лучей. Аналогичные отверстия были сделаны в тепловых экранах. Электроны попадали на образцы через приклеенные к экранам и держателю тонкие алюминиевые фольги. Для создания хорошего теплового контакта в местах соединений использовалась специальная теплопроводящая паста (например, КПТ-8). Тепловые экраны и внутренняя поверхность камеры футерованы пленкой с высоким коэффициентом отражения. Такая конструкция гелиевого криостата позволяет получить на образце температуру практически соответствующую предельной температуре фланца второй ступени охладителя (20К).
Экситоны, локализованные около димеров примеси
Взаимодействие электронных возбуждений с тяжелыми анионными гомологическими примесями может приводить к созданию ЛЭ с ядром в виде димера примеси. Например, в [76] установлено, что в КС1:Вг интенсивность полос излучения 3.6 эВ и 4.8 эВ зависит квадратично от концентрации брома. Поскольку полоса излучения 3.6 эВ затухает с постоянной времени т =8 мкс, а полоса 4.8 эВ с т = 1.2 не, то эти полосы были отнесены, соответственно, к излучению из триплетного и синглетного состояний ЛЭ, созданных Вг2" димерными центрами. В работе [97] говорится о том, что полоса на 4.8 эВ затухает с т=2,5 не и т 500 не, что противоречит вышесказанному.
Нами проведены исследования природы полосы свечения на 3.6 эВ и 4.8 эВ в кристалле КС1;Вг методом импульсной люминесценции спектрометрии с двойным возбуждением кристалла. Кристалл возбуждался коротким наносекундным импульсом потока электронов. После возбуждения наблюдалось свечение кристалла, в том числе и в области полос на 3.6 эВ и 4.8 эВ. Свечение затухало со временем. Через 1.8 мкс после возбуждения пучком электронов, во время, когда интенсивность свечения на 3.6 эВ еще не изменялась значительно, на образец направлялся импульс лазерного излучения рубинового лазера с X - 694 нм и т 20 не, приходящегося на область поглощения димерных экситонов. Воздействие импульса лазерного излучения приводило к резкому спаду свечения в области 3.6 эВ и короткой вспышке свечения на 4.8 эВ (рис. 3.4).
Таким образом, гашение свечения на 3.6 эВ лазерным импульсом и вспышка свечения на 4.8 эВ показывают, что центры, ответственные за эти два типа свечения имеют разную природу. Но в то же время оба центра очевидно связаны с наличием димера Вг в КС1. Мы полагаем, что один из этих центров представляет собою димерное состояние примесного экситона с ядром в виде Вг2", другой - околопримесный экситон, экситон, локализованный в решетке рядом с димером, т. е. экситон с ядром виде СЬ". Скорее всего последнему экситону принадлежит свечение на 3.6 эВ, его возбуждение приводит к реориентации ядра, образованию экситона примесного димерного с малым временем жизни.
Мы изучили эффективности распада локализованных экситонов в кристалле КС1:Вг. Нами рассчитаны коэффициенты преобразования димерных центров. Для определения эффективности преобразования «димер - димер» при возбуждении локализованного экситона использовалась формула: где АЕд=0.38 эВ и ДЕд=0.56 эВ - полуширины спектральных полос люминесценции димеров брома на 4.8 эВ и 3.6 эВ; т-4,8Эв = 2-Ю"8 с и х3,бэв = 8-10" с - постоянные времени этих свечений; I4j8 эв "12,5 и 13,б эв 7 -интенсивности вспышки димеров на 4.8 эВ и разрушенной люминесценции димеров на 3.6 эВ в момент импульса лазера; Кс = 6,25, Ку = 1, Кн = 1 -относительные коэффициенты спектральной чувствительности, усиления и нагрузки каналов регистрации. Эффективность этого канала преобразования в КС1:Вг при 24 К составляет лд-д 0,22. В формуле произведение в числителе и знаменателе означают светосумму и пропорциональны концентрации излучающих центров. Сила осциллятора излучателя неизвестна, но для экситонов она близка к единице. Поэтому результаты расчета здесь и далее даны с точностью предположения о равенстве сил осцилляторов квантовых переходов. Значение Кс находилось в виде отношения относительных спектральных чувствительностей измерительного тракта из кривой спектральной чувствительности, полученной при градуировке.
Нами впервые в кристалле КС1:Вг была измерена температурная зависимость эффективности преобразования димер-димер і] д.д. По экспериментальным данным построена температурная зависимость коэффициента преобразования «димер - димер» в интервале температур от 24 до 70 К в КС1:Вг (рис.3.5). Из анализа кривой установлено, что эффективность преобразования димер- димер (лд-д) слабо зависит от температуры примерно до 33 К, с ростом температуры г)л.д уменьшается и при Т= 66 К становится равной 0,014. Эта зависимость похожа на аналогичную известную зависимость в КВг:1 [66].
Таким образом, полосы на 4.8 эВ и 3.6 эВ относятся к разным конфигурациям димерных экситонов. Вероятно, полоса на 4.8 эВ обусловлена излучением димерного экситона, а 3.6 эВ - околодимерного, т. е. околопримесного (возле димера) экситона.
Импульсная катодолюминесценция кристалла MgF2
Нами впервые подробно изучены спектрально-кинетические характеристики ИКЛ кристалла MgF2 с предварительно наведенными F2-центрами окраски.
Спектр ИКЛ кристалла фторида магния, измеренный нами при 30 К через 10 не после окончания импульса СЭП представлен на рис. 4.8. Разложение спектра на элементарные гауссовы полосы позволяет выделить четыре полосы свечения. Природа полос изучена ранее[102, 105, 110, 111]. В спектре имеются полосы свечения р2(С2ь)-пентров (2.95 эВ), F2(D2h)-u;eHTpoB (2.73 эВ) и характерного для F2(Ci)-n,eHTpoB свечения с максимумами при 2.1 эВ и 2.25 эВ (рис. 4.8), (образец содержал в основном Р2-центры окраски). Время затухания свечения при ЗОК во всем исследованном спектральном диапазоне 1.78 эВ-2.48 эВ составляет т 20нс, длительность затухания свечения F2(C2h)-центров (2.95 эВ) составляет 7 не. По данным [118, 119] постоянная затухания свечения при фото- или рентгеновском возбуждении F2(C2h)-UeHTpOB составляет 2.9 не и 3.5 не, соответственно.
Мы исследовали кинетику затухания ИКЛ Р2-центров в MgF2. При температуре кристалла при облучении выше 150К параметры кинетики затухания изменяются, появляются более медленные компоненты затухания.
Рис. 4.9. Спектры ИКЛ MgF2 при 300К. 1 - амплитудный спектр; 3 - спектр, измеренный через 100нс; 2 -разность спектров 1 и 3 (наносекундный компонент); 4- часть амплитудного спектра 1, уменьшенная в 60 раз. Пунктирные линии - результат разложения спектра 2.
Возбуждение кристалла MgF2 с предварительно наведенными центрами окраски при 300 К приводит к возникновению спектра ИКЛ, приведенного на рис. 4.9. В спектре, измеренном сразу же после окончания импульса возбуждения наблюдаются также две полосы в области 2...3.5 эВ, как и при 30 К. Но интенсивность коротковременной полосы много выше по отношению к коротковолновой при 300 К. Спектры импульсной катодолюминесценции, измеренные нами при 300 К в момент достижения максимальной интенсивности свечения, и через 100 не показаны на рис. 4.9 (кривые 1 и 3, соответственно). Спектр медленого компонента, измеренный через 100 не после начала импульса электронного возбуждения, (кривая 3) представлен полосами с максимумом при 2.95 эВ и 2.25 эВ. Положение максимума и полуширина полосы 2.25 эВ соответствуют таковым для одной из двух полос, полученных в результате разложения спектра в области 1.8-2.5 эВ на гауссовы составляющие. Это обстоятельство, а также уменьшение высвеченной светосуммы в температурной области выше 350 К, когда F2(Ci)-центры отжигаются, свидетельствуют о принадлежности этой полосы F2(C!)-центрам. По этим же причинам медленный компонент затухания в полосе 2.95 эВ, предполагается, обусловлен Б2(С2іі)-Центрами. Кинетика затухания медленных компонентов ИКЛ при 300 К в полосе 2.25 эВ описывается экспоненциальным законом с т = 500 не, а в полосе 2.95 эВ экспонентой ст-1.0 мкс.
Спектры фотолюминесценции Бг-центров в кристаллах MgF2 при 300 К. При комнатной температуре при импульсном электронном возбуждении полоса люминесценции Р2(Сі)-центров 2.25 эВ состоит из быстрого с т 20 не и медленного с т = 500 не компонентов, с соотношением высвеченных светосумм 1:2, а полоса 2.1 эВ содержит только наносекундный компонент затухания свечения. При низких температурах обе полосы люминесценции этих центров содержат только наносекундные компоненты затухания. Полоса люминесценции F2(C2h)-HeHTpoB 2.95 эВ при 300 К состоит из быстрого (т 20нс) и.медленного (т = 1.0 мкс) компонентов затухания свечения с соотношением высвеченных светосумм 100:1, соответственно, а при 30 К только быстрого. Нами измерены спектры фотолюминесценции при 300 К кристалла MgF2 с предварительно наведенными центрами окраски. Измеренный спектр фотолюминесценции при возбуждении кристалла излучением азотного лазера (337.14 нм) представлен на рис. 4.10. Спектр фотолюминесценции заметно отличается от спектра ИКЛ. Однако разложение спектра приводит к выявлению тех же полос свечения, что и для спектра ИКЛ. В отличие от ИКЛ спектр фотостимулированной люминесценции при всех температурах из интервала 30-300 К содержит только наносекундньге компоненты затухания свечения.
