Файл: Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках пер. с англ.pdf

переводить электрон.из ловушки в зону проводимости или на до­ норный уровень, откуда и будет осуществляться излучательный переход (фиг. 17.3). Если уровни ловушек расположены на разной глубине, зависимость Іи т от 1IT будет представлять собой набор

Ф и г. 17.3. Термолюминесценция для случая, когда электрон, освобождаясь иа глубокой ловушки, принимает участие в допорно-акцепториом излуча­ тельном переходе.

Т ем п ер ату р а, °С

Ф и г. 17.4. Термостимулированная люминесценция в ZnS, легированном, помимо Си, алюминием, скандием, галлием и индием [5].

отрезков прямых, наклон которых будет возрастать с ростом тем­ пературы, приводящим к опустошению все большего числа лову­ шек.

Вторым методом определения характеристик термолюминесцен­ ции является увеличениё температуры полупроводника с постоян­ ной скоростью. С ростом температуры в первую очередь освобож­ даются мелкие ловушки. Если имеется только один уровень за­ хвата, интенсивность термолюминесценции проходит через макси­ мум и затем уменьшается по мере истощения ловушек. На фиг. 17.4

398 Глава 17. Влияние ловушек на люминесценцию

показаны кривые тѳрмолгоминесценции для четырех образцов ZnS, каждый из которых легирован, кроме меди, определенной донор­ ной примесью. Как и следовало ожидать, на основании соотноше­

высвечивания, тогда как ехр (—t/т) определяет спад интенсивно­ сти люминесценции.

Когда Иімеется несколько уровней ловушек, каждый уровень способствует появлению соответствующего пика термолюминес-

Ф и г. 17.5. Кривая свечения для ZnS, легированного Си (см. [3], стр. 167).

на фиг. 17.5. Температура, при которой появляется пик, исполь­ зуется для определения глубины уровня соответствующей ловушки. Это осуществляется путем интегрирования уравнения (17.5) вплоть до каждого значения температуры Т*, для которого dL/dT = 0 (см. [3], стр. 167). При повторении таких измерений с разными скоростями нарастания температуры можно получить более точное значение глубины уровня ловушки Et и величину сечения захвата 0г. Чем меньше скорость нагрева, тем более четко выявляется структура кривой высвечивания. Если максимумы перекрываются, информация о внутренней структуре может быть извлечена путем прекращения нагрева и поддержания температуры постоянной в течение некоторого времени, достаточного для опустошения одной серии ловушек перед началом активации другой серии.

В принципе, если начинать нагрев с самых низких, используе­ мых на практике температур — скажем 4,2 К, — может оказать­ ся возможным обнаружение очень мелких ловушек. Однако прак­ тика показывает, что ловушки с глубиной 0,1 эВ постепенно спонтанно теряют свой заряд, даже если образец находится при температуре, близкой к температуре жидкого гелия. Такое опустошение ловушек обусловлено туннелированием, при этом до­ казательством могут служить временные характеристики спектров послесвечения: интенсивность на коротковолновом краю спектра

Ф и г. 17.6. Кривая свечения для ZnS, легированного Си при наличии ловушек с квазииепрерывпым распределением энергии [6].

Время начала нагрева после окончания возбуждения: а 0 мин; б — 8,5 мнн; в — 34 міш.

спадает быстрее, чем иа длинноволновом. Кривые термостимулиро­ ванной люминесценции, полученные при 6 К для различных интер­ валов времени выдержки между окончанием возбуждения и нача­ лом нагрева образца, показывают уменьшение интенсивности низ­ котемпературной люминесценции с увеличением времени выдержки (фиг. 17.6).

Отметим, что нагрев переводит электроны с уровней ловушек на донорные состояния и состояния зоны проводимости, с которых затем осуществляется излучательный переход; так как в излуча­ тельных переходах могут участвовать различные наборы уровней, спектр излучения может быть широким пли содержать несколько максимумов при наличии только одного типа ловушек (когда кривая высвечивания имеет только один термолюминесцентный максимум). С другой стороны, если опустошается несколько уров­ ней ловушек (сложная структура термолюминесценции), спектр рекомбинационного излучения может содержать только один мак­

с уровней ловушек и рекомбинация являются различными процес­ сами, нельзя ожидать корреляции между двумя типами кривых — кривой высвечивания L (Т) и спектральным распределением излу­ чения L (hv).

§ 3. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, ВЫЗВАННАЯ ИНФРАКРАСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Носители могут быть освобождены из ловушек путем оптиче­ ского возбуждения. Так как в большинстве полупроводников глу­ бина уровней ловушек не превышает 1,5 эВ, возбуждение может быть осуществлено воздействием инфракрасного излучения. После того как носптели возбуждены с уровней ловушек, могут проис­ ходить излучательные переходы с энергией испускаемых фотонов hv > E t. Следовательно, если кристалл был «накачан» при низкой температуре, за счет опустошения ловушек ИК-излучеиием может возникнуть люминесценция, которая носит название «ИК-стиму- лированная люминесценция». Информация о глубине ловушек может быть легко получена из спектров оптического возбуждения. Так, в ZnS при низких температурах люмпнесценцпя в видимой области может быть вызвана при освещении материала излучением

сдлиной волны 1,2 мкм [7].

§4. ГАШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

Внекоторых веществах люминесценция может гаситься как за время послесвечеипя, так и в процессе возбуждения. Гашение люминесценции может происходить под действием электрического поля, нагревания или инфракрасного облучения. В зависимости от условий можно выбрать разные модели для механизма гашения. Может происходить заполнение нижних состояний, участвующих

в излучательных переходах, или могут появляться каналы безызлучательной рекомбинации.

Тепловое гашение может быть обусловлено ростом скорости безызлучательной рекомбинации в соответствии с некоторыми моде­ лями, рассмотренными в гл. 7. В каждом случае необходимо прео­ долеть барьер, описываемый энергией активации Е*, которая обу­ словливает в соответствии с выражением (17.6) спад эффективности люминесценции. Тот же самый барьер Е* может быть преодолен путем оптического возбуждения фотонами с энергией hvQ ^ Е*.

На фиг. 17.7 иллюстрируется возбуждение электрона из ва­ лентной зоны или с мелкого акцептора на уровень глубокого акцеп­ тора, который выступает в роли нижнего состояния в процессе излучательного перехода, в результате чего осуществляется гаше­ ние люминесценции, связанной с этим переходом. Этот механизм