第一章基本概念

1、350400450500550ex = 320 nm Intensity (a.u.)Wavelenth (nm)激發(fā)態(tài)光基態(tài)吸收輻射能量*MhM吸收光譜這里I0(v)和)和I(v)分別是入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，l是樣品的厚度。在這里，我們忽略了反射的損失。入射光在樣品的表面會(huì)有一部分被反射掉，在它從樣品的另一個(gè)表面出射前，又會(huì)再一次被反射。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，這些都是絕不可忽視的。對(duì)于溶液，通常用空白溶劑作對(duì)比，就可以消除反射的影響。 1. 金屬離子金屬離子d-d 配位場(chǎng)躍遷和配位場(chǎng)躍遷和 f f 配位場(chǎng)配位場(chǎng)躍遷躍遷 在配體的作用下過(guò)渡金屬離子的d軌道和鑭系、錒系的f軌道裂分，吸收輻射后，產(chǎn)生d一一

2、d、 f 一一f 躍遷； 必須在配體的配位場(chǎng)作用下才可能產(chǎn)生也稱配位場(chǎng)躍遷配位場(chǎng)躍遷； 摩爾吸收系數(shù)很小，對(duì)定量分析意義不大。2.2.金屬離子影響下的配位體躍遷和金屬離子影響下的配位體躍遷和 * 躍遷躍遷 金屬離子的微擾，將引起配位體吸收波長(zhǎng)和強(qiáng)度的變化。變化與成鍵性質(zhì)有關(guān)，若共價(jià)鍵和配位鍵結(jié)合，則變化非常明顯。 * 躍遷躍遷 電荷轉(zhuǎn)移躍遷：電荷轉(zhuǎn)移躍遷：輻射下，分子中原定域在金屬M(fèi)軌道上的電荷轉(zhuǎn)移到配位體L的軌道，或按相反方向轉(zhuǎn)移，所產(chǎn)生的吸收光譜稱為荷移光譜荷移光譜。Mn+Lb-M(n-1) +L(b-1) -hFe3+CNS-2+hFe2+CNS2+電子給予體電子接受體分子內(nèi)氧化還原反應(yīng)

3、分子內(nèi)氧化還原反應(yīng)； 104Fe2+與鄰菲羅啉配合物的紫外吸收光譜屬于此。粉末（熒光粉）粉末（熒光粉） 熒光粉是無(wú)機(jī)材料。一般用高溫固相法制備。溫度在1000到1500的范圍。為了生產(chǎn)上節(jié)約能源，降低溫度是很重要的，所以通常都盡可能使用1300以下的溫度或更低一些。經(jīng)過(guò)灼燒，雖然從外表看熒光粉仍是極細(xì)的粉末，在顯微鏡下則是一些微小的晶體，其尺寸在幾微米到十幾微米不等。灼燒后所得到的材料，常常還需要經(jīng)過(guò)后處理，如水洗、研磨、退火、包膜等，才能使用。發(fā)射光譜和吸收光譜是研究中應(yīng)用比較多的方法。發(fā)射光譜和吸收光譜是研究中應(yīng)用比較多的方法。吸收光譜是材料激發(fā)時(shí)所對(duì)應(yīng)的光譜，相應(yīng)吸收峰的波吸收光譜是材料

4、激發(fā)時(shí)所對(duì)應(yīng)的光譜，相應(yīng)吸收峰的波長(zhǎng)就是激發(fā)時(shí)能量對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，如圖長(zhǎng)就是激發(fā)時(shí)能量對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，如圖A所示所示ZnS:Cu 的吸收的吸收譜帶。發(fā)射光譜反映發(fā)光材料輻射光的情況，對(duì)應(yīng)譜峰譜帶。發(fā)射光譜反映發(fā)光材料輻射光的情況，對(duì)應(yīng)譜峰的波長(zhǎng)就是發(fā)光的顏色，一般說(shuō)來(lái)其波長(zhǎng)大于吸收光的波長(zhǎng)就是發(fā)光的顏色，一般說(shuō)來(lái)其波長(zhǎng)大于吸收光譜的波長(zhǎng)，如圖譜的波長(zhǎng)，如圖B所示，所示，1圖為圖為Zn2SiO4：Mn的發(fā)射光譜，的發(fā)射光譜，圖圖2為其吸收光譜為其吸收光譜。圖A 光致發(fā)光材料的吸收光譜圖B 發(fā)光材料的發(fā)射光譜和吸收光譜 顏色的單色性顏色的單色性 從材料的發(fā)射光譜來(lái)看，發(fā)射譜峰的寬窄也是從材料的發(fā)射光譜來(lái)看，發(fā)

5、射譜峰的寬窄也是發(fā)光材料的重要特性，譜峰越窄，發(fā)光材料的單色性越好，反之亦發(fā)光材料的重要特性，譜峰越窄，發(fā)光材料的單色性越好，反之亦然。我們將譜峰然。我們將譜峰1/2高度時(shí)縫的寬度稱作半寬度。如圖高度時(shí)縫的寬度稱作半寬度。如圖C所示。所示。 依照發(fā)射峰的半寬度可將發(fā)光材料還分為依照發(fā)射峰的半寬度可將發(fā)光材料還分為3種類型：種類型：寬帶材料：半寬度寬帶材料：半寬度100nm，如，如CaWO4；窄帶材料：半寬度窄帶材料：半寬度50nm，如，如Sr(PO4)2Cl：Eu3+；線譜材料：半寬度線譜材料：半寬度0.1nm，如，如GdVO4)：Eu3+；圖C 發(fā)射峰的半寬度發(fā)光材料究竟屬于哪一類，發(fā)光材料

6、究竟屬于哪一類，既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。既與基質(zhì)有關(guān)，又與雜質(zhì)有關(guān)。例如，將例如，將Eu2+摻雜在不同的基質(zhì)摻雜在不同的基質(zhì)中，可以得到上述中，可以得到上述3種類型的發(fā)種類型的發(fā)光材料，而且隨著基質(zhì)的改變，光材料，而且隨著基質(zhì)的改變，發(fā)光的顏色也可以改變。發(fā)光的顏色也可以改變。半寬度固體光吸收的本質(zhì) 導(dǎo)帶價(jià)帶能隙 （禁帶）我們先討論純凈物質(zhì)對(duì)光的吸收我們先討論純凈物質(zhì)對(duì)光的吸收 1. 基礎(chǔ)吸收或固有吸收基礎(chǔ)吸收或固有吸收 固體中電子的能帶結(jié)構(gòu)，絕緣體和半導(dǎo)體的能固體中電子的能帶結(jié)構(gòu)，絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)如圖所示，其中價(jià)帶相當(dāng)于陰離子的價(jià)帶結(jié)構(gòu)如圖所示，其中價(jià)帶相當(dāng)于陰離子的價(jià)電子層，完

7、全被電子填滿。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存電子層，完全被電子填滿。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間存在一定寬度的能隙（禁帶），在能隙中不能存在一定寬度的能隙（禁帶），在能隙中不能存在電子的能級(jí)。這樣，在固體受到光輻射時(shí)，在電子的能級(jí)。這樣，在固體受到光輻射時(shí)，如果輻射光子的能量不足以使電子由價(jià)帶躍遷如果輻射光子的能量不足以使電子由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，那么晶體就不會(huì)激發(fā)，也不會(huì)發(fā)生對(duì)至導(dǎo)帶，那么晶體就不會(huì)激發(fā)，也不會(huì)發(fā)生對(duì)光的吸收。光的吸收。 例如，離子晶體的能隙寬度一般為幾個(gè)電子伏，相當(dāng)于紫外光的能量。因此，純凈的理想離子晶體對(duì)可見(jiàn)光以至紅外區(qū)的光輻射，都不會(huì)發(fā)生光吸收，都是透明的。堿金屬鹵化物晶體對(duì)電磁波透明的波長(zhǎng)可以由25

8、m到250nm，相當(dāng)于0.055ev的能量。當(dāng)有足夠強(qiáng)的輻射（如紫光）照射離子晶體時(shí)，價(jià)帶中的電子就有可能被激發(fā)跨過(guò)能隙，進(jìn)入導(dǎo)帶，這樣就發(fā)生了光吸收。這種與電子由這種與電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷相關(guān)的光吸收，稱作基礎(chǔ)吸收或固有吸價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷相關(guān)的光吸收，稱作基礎(chǔ)吸收或固有吸收。收。例如，CaF2的基礎(chǔ)吸收帶在200nm(約6ev)附近，NaCl的基礎(chǔ)吸收約為8ev，Al2O3的基礎(chǔ)吸收約在9ev。導(dǎo)帶價(jià)帶能隙(禁帶）激子能級(jí) 2. 激子吸收激子吸收 除了基礎(chǔ)吸收以外，還有一類吸收，除了基礎(chǔ)吸收以外，還有一類吸收，其能量低于能隙寬度，它對(duì)應(yīng)于電子由其能量低于能隙寬度，它對(duì)應(yīng)于電子由價(jià)帶向稍低于

9、導(dǎo)帶底處的的能級(jí)的躍遷價(jià)帶向稍低于導(dǎo)帶底處的的能級(jí)的躍遷有關(guān)。這些能級(jí)可以看作是一些電子有關(guān)。這些能級(jí)可以看作是一些電子-空穴（或叫做激子，空穴（或叫做激子，excition）的激發(fā)）的激發(fā)能級(jí)。處于這種能級(jí)上的電子，不同于能級(jí)。處于這種能級(jí)上的電子，不同于被激發(fā)到導(dǎo)帶上的電子，不顯示光導(dǎo)電被激發(fā)到導(dǎo)帶上的電子，不顯示光導(dǎo)電現(xiàn)象，它們和價(jià)帶中的空穴偶合成電子現(xiàn)象，它們和價(jià)帶中的空穴偶合成電子-空穴對(duì)，作為整體在晶體中存在著或空穴對(duì)，作為整體在晶體中存在著或運(yùn)動(dòng)著，可以在晶體中運(yùn)動(dòng)一段距離運(yùn)動(dòng)著，可以在晶體中運(yùn)動(dòng)一段距離（1m）后再?gòu)?fù)合湮滅。）后再?gòu)?fù)合湮滅。3. 3. 缺陷存在時(shí)晶體的光吸收缺陷

10、存在時(shí)晶體的光吸收晶體的缺陷有本征的，如填隙原子和空位，也有非本征的，晶體的缺陷有本征的，如填隙原子和空位，也有非本征的，如替代雜質(zhì)等。這些缺陷的能級(jí)定于在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙之如替代雜質(zhì)等。這些缺陷的能級(jí)定于在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙之中。當(dāng)材料受到光照時(shí)，受主缺陷能級(jí)接受價(jià)帶遷移來(lái)的電子，中。當(dāng)材料受到光照時(shí)，受主缺陷能級(jí)接受價(jià)帶遷移來(lái)的電子，而施主能級(jí)上的電子可以向?qū)нw移，這樣就使原本不能發(fā)生基而施主能級(jí)上的電子可以向?qū)нw移，這樣就使原本不能發(fā)生基礎(chǔ)吸收的物質(zhì)由于缺陷存在而發(fā)生光吸收，圖礎(chǔ)吸收的物質(zhì)由于缺陷存在而發(fā)生光吸收，圖2.42.4給出了各種光吸給出了各種光吸收的情況。收的情況。C

11、CCEDDDDAAVVVVV電子泵抽運(yùn)造成的電子-空穴對(duì) CV過(guò)程過(guò)程 在高溫下發(fā)生的電在高溫下發(fā)生的電子由價(jià)帶向?qū)У能S遷。子由價(jià)帶向?qū)У能S遷。 EV過(guò)程過(guò)程 這是激子衰變過(guò)程。這是激子衰變過(guò)程。這種過(guò)程只發(fā)生在高純半導(dǎo)體和低這種過(guò)程只發(fā)生在高純半導(dǎo)體和低溫下，這時(shí)溫下，這時(shí)KT不大于激子的結(jié)合不大于激子的結(jié)合能?？赡艽嬖趦煞N明確的衰變過(guò)程：能?？赡艽嬖趦煞N明確的衰變過(guò)程：自由激子的衰變和束縛在雜質(zhì)上的自由激子的衰變和束縛在雜質(zhì)上的激子的衰變。激子的衰變。 DV過(guò)程過(guò)程 這一過(guò)程中，松弛的束縛在中性雜質(zhì)上的這一過(guò)程中，松弛的束縛在中性雜質(zhì)上的電子和一個(gè)價(jià)帶中的空穴復(fù)合，相應(yīng)躍遷能量是電子和

12、一個(gè)價(jià)帶中的空穴復(fù)合，相應(yīng)躍遷能量是EgED。例如對(duì)例如對(duì)GaAs來(lái)說(shuō)，低溫下的來(lái)說(shuō)，低溫下的Eg為為1.1592ev，許多雜質(zhì)的，許多雜質(zhì)的ED為為0.006ev，所以，所以DV躍遷應(yīng)發(fā)生在躍遷應(yīng)發(fā)生在1.5132ev處。因此，處。因此，發(fā)光光譜中在發(fā)光光譜中在1.5132ev處出現(xiàn)的譜線應(yīng)歸屬于這種躍遷。處出現(xiàn)的譜線應(yīng)歸屬于這種躍遷。具有較大的理化能的施主雜質(zhì)所發(fā)生的具有較大的理化能的施主雜質(zhì)所發(fā)生的DV躍遷應(yīng)當(dāng)?shù)蛙S遷應(yīng)當(dāng)?shù)陀谀芟逗芏?，這就是深施主雜質(zhì)躍遷于能隙很多，這就是深施主雜質(zhì)躍遷DV過(guò)程。過(guò)程。CCCEDDDDAAVVVVV電子泵抽運(yùn)造成的電子-空穴對(duì) CA過(guò)程過(guò)程 本征半導(dǎo)體導(dǎo)帶

13、中的一個(gè)電子落在受主雜質(zhì)原子本征半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的一個(gè)電子落在受主雜質(zhì)原子上，并使受主雜質(zhì)原子電離化，這個(gè)過(guò)程的能量為上，并使受主雜質(zhì)原子電離化，這個(gè)過(guò)程的能量為EgEA。例如。例如對(duì)對(duì)GaAs來(lái)說(shuō)，許多受主雜質(zhì)的來(lái)說(shuō)，許多受主雜質(zhì)的EA為為0.03ev，所以，所以CA過(guò)程應(yīng)發(fā)生過(guò)程應(yīng)發(fā)生在在1.49ev處。實(shí)際上，在處。實(shí)際上，在GaAs的發(fā)光光譜中，已觀察到的發(fā)光光譜中，已觀察到1.49ev處處的弱發(fā)光譜線，它應(yīng)當(dāng)歸屬于自由電子的弱發(fā)光譜線，它應(yīng)當(dāng)歸屬于自由電子-中性受主雜質(zhì)躍遷。導(dǎo)帶中性受主雜質(zhì)躍遷。導(dǎo)帶電子向深受主雜質(zhì)上的躍遷，其能量小于能隙很多，這就是深受電子向深受主雜質(zhì)上的躍遷，其能量

14、小于能隙很多，這就是深受主雜質(zhì)躍遷主雜質(zhì)躍遷CDA過(guò)程。過(guò)程。CCCEDDDDAAVVVVV電子泵抽運(yùn)造成的電子-空穴對(duì) DA過(guò)程過(guò)程 如果同一半導(dǎo)體材料中，施主和受主雜質(zhì)同時(shí)存在，那么可能發(fā)生中性施主雜質(zhì)給出一個(gè)電子躍遷到受主雜質(zhì)上的過(guò)程，這就是DA過(guò)程過(guò)程.。發(fā)生躍遷后，施主和受主雜質(zhì)都電離了，它們之間的結(jié)合能為： Eb= - e2/4Kr該過(guò)程的能量為：EgEDEAEb。CCCEDDDDAAVVVVV電子泵抽運(yùn)造成的電子-空穴對(duì)4. 無(wú)機(jī)離子固體的光吸收無(wú)機(jī)離子固體的光吸收無(wú)機(jī)離子固體的禁帶寬度較大，一般為幾個(gè)電子伏特，相當(dāng)于紫外光區(qū)的能量。因此，當(dāng)可見(jiàn)光以至紅外光輻照晶體時(shí)，如此的能量

15、不足以使其電子越過(guò)能隙，由價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶。所以，晶體不會(huì)被激發(fā)，也不會(huì)發(fā)生光的吸收，晶體都是透明的。而當(dāng)紫外光輻照晶體時(shí)，就會(huì)發(fā)生光的吸收，晶體變得不透明。禁帶寬度Eg和吸收波長(zhǎng)的關(guān)系為Eg = h= hc/ = hc/ Eg 式中h為普朗克常數(shù)6.6310-34 Js，c為光速。 然而如前所述，在無(wú)機(jī)離子晶體中引入雜質(zhì)離子后，雜質(zhì)缺陷能級(jí)和價(jià)帶能級(jí)之間會(huì)發(fā)生電子-空穴復(fù)合過(guò)程，其相應(yīng)的能量就會(huì)小于間帶寬度Eg，往往落在可見(jiàn)光區(qū)，結(jié)果發(fā)生固體的光吸收。 圖 離子晶體的各種吸收光譜示意半導(dǎo)體的光吸收和光導(dǎo)電現(xiàn)象半導(dǎo)體的光吸收和光導(dǎo)電現(xiàn)象 1.本征半導(dǎo)體的光吸收本征半導(dǎo)體的光吸收 本征半導(dǎo)體的電子

16、能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體類似，全部電子充填在價(jià)本征半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)與絕緣體類似，全部電子充填在價(jià)帶，且為全滿，而導(dǎo)帶中沒(méi)有電子，只是價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙較帶，且為全滿，而導(dǎo)帶中沒(méi)有電子，只是價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能隙較小，約為小，約為1ev。在極低溫度下，電氣全部處在價(jià)帶中，不會(huì)沿任何。在極低溫度下，電氣全部處在價(jià)帶中，不會(huì)沿任何方向運(yùn)動(dòng)，是絕緣體，其光學(xué)性質(zhì)也和前述的絕緣體一樣。當(dāng)溫度方向運(yùn)動(dòng)，是絕緣體，其光學(xué)性質(zhì)也和前述的絕緣體一樣。當(dāng)溫度升高，一些電子可能獲得充分的能量而跨過(guò)能隙，躍遷到原本空的升高，一些電子可能獲得充分的能量而跨過(guò)能隙，躍遷到原本空的導(dǎo)帶中。這時(shí)價(jià)帶中出現(xiàn)空能級(jí)，導(dǎo)帶中出現(xiàn)電子，

17、如果外加電場(chǎng)導(dǎo)帶中。這時(shí)價(jià)帶中出現(xiàn)空能級(jí)，導(dǎo)帶中出現(xiàn)電子，如果外加電場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象。 2. 非本征半導(dǎo)體的光吸收非本征半導(dǎo)體的光吸收 摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)有三類：施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)有三類：施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)和等電子雜質(zhì)。和等電子雜質(zhì)。 等電子雜質(zhì)的存在可能成為電子和空穴復(fù)合的中心，等電子雜質(zhì)的存在可能成為電子和空穴復(fù)合的中心，會(huì)對(duì)材料的發(fā)光產(chǎn)生影響會(huì)對(duì)材料的發(fā)光產(chǎn)生影響 單獨(dú)的施主和受主雜質(zhì)不會(huì)影響到材料的光學(xué)性質(zhì)。單獨(dú)的施主和受主雜質(zhì)不會(huì)影響到材料的光學(xué)性質(zhì)。 這是因?yàn)橹挥挟?dāng)激發(fā)態(tài)電子越過(guò)能隙與空穴復(fù)合這是因?yàn)橹挥挟?dāng)激發(fā)態(tài)電子越過(guò)能隙與空穴復(fù)合時(shí)，才會(huì)發(fā)生半

18、導(dǎo)體的發(fā)光。時(shí)，才會(huì)發(fā)生半導(dǎo)體的發(fā)光?？梢岳孟喾催^(guò)程，用大于能隙寬度的能量的光照射可以利用相反過(guò)程，用大于能隙寬度的能量的光照射p-n結(jié)，半導(dǎo)體吸收光能，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，價(jià)帶結(jié)，半導(dǎo)體吸收光能，電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。中產(chǎn)生空穴。P區(qū)的電子向區(qū)的電子向n區(qū)移動(dòng)，區(qū)移動(dòng)，n區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向p區(qū)移區(qū)移動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生電荷積累，動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生電荷積累，P區(qū)帶正電，區(qū)帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，如果區(qū)帶負(fù)電，如果外接電路，電路中就會(huì)有電流通過(guò)。利用這種原理可以外接電路，電路中就會(huì)有電流通過(guò)。利用這種原理可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。（a）未加正偏壓的p-n結(jié) （b）加正偏壓的

19、p-n結(jié)圖2.6 p-n結(jié)注入發(fā)光過(guò)程示意 3. 光導(dǎo)電現(xiàn)象光導(dǎo)電現(xiàn)象 在晶體對(duì)光的基礎(chǔ)吸收中，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子和空穴成為載流子，對(duì)晶體的電導(dǎo)作出貢獻(xiàn)。在晶體的雜質(zhì)吸收中，激發(fā)到導(dǎo)帶中的電子可以參與導(dǎo)電，但留下來(lái)的空穴被束縛在雜質(zhì)中心，不能參與導(dǎo)電。這樣的空穴俘獲鄰近的電子而復(fù)合。當(dāng)價(jià)帶電子受光激發(fā)到雜質(zhì)中心時(shí)，價(jià)帶中產(chǎn)生的空穴可以參與導(dǎo)電。光導(dǎo)電晶體中載流子的生成和消失 陷阱當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度一定時(shí)，改變光的強(qiáng)度會(huì)對(duì)光導(dǎo)電流產(chǎn)生影響。一般地，光導(dǎo)電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比變化。 圖 AgBr的光導(dǎo)電流隨電壓的變化 這樣有光輻射激發(fā)產(chǎn)生的載流子，一方面在負(fù)荷中心這樣有光輻射激發(fā)產(chǎn)生的載流子，一方面在負(fù)荷中心消

20、失掉，另一方面在電場(chǎng)作用下可以移動(dòng)一段距離后，再消失掉，另一方面在電場(chǎng)作用下可以移動(dòng)一段距離后，再被陷阱俘獲。如果外電場(chǎng)強(qiáng)度大，則載流子再被陷阱所俘被陷阱俘獲。如果外電場(chǎng)強(qiáng)度大，則載流子再被陷阱所俘獲之前在晶體中飄移的距離長(zhǎng)、光電流強(qiáng)，但會(huì)有一個(gè)飽獲之前在晶體中飄移的距離長(zhǎng)、光電流強(qiáng)，但會(huì)有一個(gè)飽和值。和值。 利用半導(dǎo)體的光導(dǎo)電效應(yīng)，把光的信息轉(zhuǎn)化為電的信息，這在現(xiàn)代技術(shù)和日常生活中已得到廣泛應(yīng)用。例如，對(duì)可見(jiàn)光敏感的CdS用于照相機(jī)的自動(dòng)曝光機(jī)規(guī)定曝光時(shí)間的自動(dòng)裝置，半導(dǎo)體硒應(yīng)用在靜電復(fù)印機(jī)上；利用對(duì)紅外線敏感的PbS、PbSe、PbTe等制成紅外線探測(cè)器、傳感器等。 色坐標(biāo)色坐標(biāo) 發(fā)光材料

21、的顏色在商品上主要用所謂色坐標(biāo)來(lái)表示。我們知道，平常所看到的顏色都可以用紅、綠、藍(lán)3種彼此獨(dú)立的基色匹配而成。但在匹配某種顏色時(shí)，不是將3種顏色疊加起來(lái)，而是從2種顏色疊加的結(jié)果中減去第3種顏色。所以，國(guó)際照明協(xié)會(huì)決定選取一組三基色參數(shù)x、y、z，時(shí)的顏色匹配過(guò)程中只有疊加的辦法，稱作（x、y、z系統(tǒng)）。任何一種顏色Q在這種系統(tǒng)中表示為：Q= ax+by+cz 這3個(gè)系數(shù)的相對(duì)值為：x= y= z= 稱作色坐標(biāo)。由于x+y+z=1，所以如果x、y確定了，z值也就定了，因此可以用一個(gè)平面圖來(lái)表示各種顏色。cbaacbabcbac圖1 顏色坐標(biāo)圖 光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模型光致發(fā)光原理：位形坐標(biāo)模

22、型晶體中的離子其吸收光譜與發(fā)射光譜與自由離子不同。自由離子的吸收光譜與發(fā)射光譜的能量相同，并且都是窄帶譜或銳線譜（0.01cm-1）。而晶體中離子的發(fā)射光譜的能量均低于吸收光譜的能量，并且是寬帶譜。這是由于晶格振動(dòng)對(duì)離子的影響所致。與發(fā)光中心相聯(lián)系的電子躍遷可以和基質(zhì)晶體中的原子（離子）交換能量，發(fā)光中心離子與周?chē)Ц耠x子之間的相對(duì)位置、振動(dòng)頻率以及中心離子的能級(jí)受到晶體勢(shì)場(chǎng)影響等。因此，應(yīng)當(dāng)把激活劑離子及其周?chē)Ц耠x子看作一個(gè)整體來(lái)考慮。相對(duì)來(lái)說(shuō)，由于原子質(zhì)量比電子大得多，運(yùn)動(dòng)也慢得多，故在電子躍遷中，可以認(rèn)為晶體中原子間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)速率是恒定不變的（即弗蘭克-康登原理 Franke-C

23、ondon）。這樣，就可以采用一種所謂的位形坐標(biāo)來(lái)討論發(fā)光中心的吸收和發(fā)射過(guò)程。 所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐所謂位形坐標(biāo)圖，就是用縱坐標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢(shì)能，其標(biāo)表示晶體中發(fā)光中心的勢(shì)能，其中包括電子和離子的勢(shì)能以及相互中包括電子和離子的勢(shì)能以及相互作用在內(nèi)的整個(gè)體系的能量；橫坐作用在內(nèi)的整個(gè)體系的能量；橫坐標(biāo)則表示中心離子和周?chē)x子的位標(biāo)則表示中心離子和周?chē)x子的位形，其中包括離子之間相對(duì)位置等形，其中包括離子之間相對(duì)位置等因素在內(nèi)的一個(gè)籠統(tǒng)的位置概念。因素在內(nèi)的一個(gè)籠統(tǒng)的位置概念。一般的也可代用粒子間核間距作橫一般的也可代用粒子間核間距作橫坐標(biāo)。圖中連續(xù)的曲線表示勢(shì)能作坐標(biāo)。圖中連續(xù)的

24、曲線表示勢(shì)能作為發(fā)光中心離子核間距函數(shù)的定量為發(fā)光中心離子核間距函數(shù)的定量變化關(guān)系，它在平衡距離變化關(guān)系，它在平衡距離re處有一處有一個(gè)極小值，水平線個(gè)極小值，水平線0、1、2表示粒子在基態(tài)具有的不同量子振表示粒子在基態(tài)具有的不同量子振動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)。圖 發(fā)光中心基態(tài)的勢(shì)能圖 依照弗蘭克依照弗蘭克-康登原理，康登原理，這個(gè)過(guò)程體系能量從這個(gè)過(guò)程體系能量從A垂直垂直上升到上升到B，而離子的位形基，而離子的位形基本不變。但在激發(fā)態(tài)，由于本不變。但在激發(fā)態(tài)，由于離子松弛，電子以熱能形式離子松弛，電子以熱能形式散射一部分能量返到新激發(fā)散射一部分能量返到新激發(fā)態(tài)能級(jí)態(tài)能級(jí)C形成新的活性中心。形成新的活性中心

25、。那么，發(fā)光過(guò)程就是電子從那么，發(fā)光過(guò)程就是電子從活化中心活化中心C回到原來(lái)基態(tài)回到原來(lái)基態(tài)A或或D。顯然，激活過(guò)程能量。顯然，激活過(guò)程能量EABECA或或ECD。這就。這就解釋了斯托克位移。解釋了斯托克位移。 圖3 發(fā)光中心基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能圖 應(yīng)用之一:解釋斯托克位移激活過(guò)程包括電子從基態(tài)能級(jí)激活過(guò)程包括電子從基態(tài)能級(jí)A躍遷到激發(fā)態(tài)的較高能級(jí)躍遷到激發(fā)態(tài)的較高能級(jí)B產(chǎn)生一個(gè)活產(chǎn)生一個(gè)活性中心。性中心。 應(yīng)用之二:解釋發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng) 任何發(fā)光材料，當(dāng)溫度升高到一定溫度時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)顯著降低。這就是所謂的發(fā)光“熱淬滅”效應(yīng)（Thermalquenching effect）。 在圖中，基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能曲線交叉于E點(diǎn)。在該點(diǎn)，激發(fā)態(tài)的離子在能量不改變的情況下就可以回到基態(tài)，然后再通過(guò)一系列的改變振動(dòng)回到基態(tài)的低能級(jí)上去。因此，E點(diǎn)代表一個(gè)“溢出點(diǎn)”。如果處于激發(fā)態(tài)的離子能獲得足夠的振動(dòng)能而達(dá)到E點(diǎn)，它就溢出了基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)。如果這樣，全部能量就都以振動(dòng)能的形式釋放出來(lái)，因而沒(méi)有發(fā)光產(chǎn)生。顯然，E點(diǎn)的能量是臨界的。一般說(shuō)來(lái)，溫度升高，離子熱能增大，依次進(jìn)入