發(fā)光物理學(xué) 課件 11分立發(fā)光中心1

由原子核內(nèi)部電子構(gòu)成的能級叫芯能級（corelevel）。與價電子相對應(yīng)。第11章分立中心發(fā)光11.1發(fā)光中心(1)某些半導(dǎo)體只有通過摻雜才能獲得高效發(fā)光（ZnS:Cu)(2)半導(dǎo)體帶間躍遷只能產(chǎn)生一種發(fā)光顏色，摻雜可獲得多種顏色（ZnS:Re）發(fā)光中心是指半導(dǎo)體中雜質(zhì)或雜質(zhì)與缺陷形成的復(fù)合體，在其中進(jìn)行輻射復(fù)合，產(chǎn)生特征發(fā)光。發(fā)光中心可理解為“類-受主態(tài)”，可能處于帶隙中靠近價帶的位置，也可能處于帶價以下芯能級位置。發(fā)光中心在晶格中并不是孤立的，受周圍基質(zhì)晶格離子的影響不同，發(fā)光中心的能級狀態(tài)不同。分為分立中心和復(fù)合中心。過渡元素是指元素周期表中d區(qū)的一系列金屬元素，又稱過渡金屬。一般來說，這一區(qū)域包括3到12一共十個族的元素，但不包括f區(qū)的內(nèi)過渡元素?！斑^渡元素”這一名詞首先由門捷列夫提出，用于指代第VIII族元素。他認(rèn)為從堿金屬到錳族是一個“周期”，銅族到鹵素又是一個周期，那么夾在兩個周期之間的元素就一定有過渡的性質(zhì)。這個詞雖然還在使用，但已失去了原意。過渡金屬元素的一個周期稱為一個過渡系，第4、5、6周期的元素分別屬于第一、二、三過渡系。innertransitionelements最后填充f電子、其外電子層構(gòu)型為(n-2)f1~14(n-1)d0~2ns2的f區(qū)元素(fblockelements)。具有完全相同的最外層和次外層電子結(jié)構(gòu)。包括鑭系元素和錒系元素[錒(Ac)、釷(Th)、鏷(Pa)、鈾(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am)、鋦(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、鐨(Fm)、鍆(Md)、锘(No)、鐒(Lr)]。他們各單獨排成一橫行，在化學(xué)元素周期表下方。周期表中58~71號元素叫做4f內(nèi)過渡元素，90~103號元素叫做5f內(nèi)過渡元素元素周期表元素分區(qū)示意圖S區(qū)包括第一、二主族的全部元素。P區(qū)包括第三主族到第七主族，再加上零族的元素。D區(qū)包括第三到第七副族的元素（除掉鑭系元素和錒系元素）加上第八族的元素。DS區(qū)包括一、二副族的元素。復(fù)合發(fā)光中心(RecombinationCenter)發(fā)光中心外層電子受晶場作用很大，被激發(fā)后會進(jìn)入導(dǎo)帶，產(chǎn)生光電導(dǎo)。電子和空穴通過這類中心復(fù)合發(fā)光，但發(fā)光的光譜中心的能級結(jié)構(gòu)受到晶格顯著影響。發(fā)光的光譜主要決定于整個晶體的能譜，雜質(zhì)起微擾的作用。表現(xiàn)于共價性強(qiáng)的半導(dǎo)體中的發(fā)光。11.2晶場作用發(fā)光中心的能級劈裂（2）（Oh：正八面體場）11.3三價稀土離子用量子理論研究光同原子或原子核的相互作用，發(fā)現(xiàn)原子或原子核由于能級之間的躍遷可以發(fā)射或吸收光子。在這些躍遷中有一種類似于經(jīng)典電磁理論中偶極子發(fā)射電磁波的情形，例如它們都具有柱對稱性。這種躍遷稱為偶極子躍遷。偶極子躍遷又分為電偶極子躍遷和磁偶極子躍遷兩種。電偶極子躍遷是原子或原子核發(fā)射或吸收光子過程中最重要的一種躍遷。電偶極子電偶極子（electricdipole）是兩個等量異號點電荷組成的系統(tǒng)。電偶極子的特征用電偶極矩p=ql描述，其中l(wèi)是兩點電荷之間的距離，l和p的方向規(guī)定由－q指向+q。電偶極子在外電場中受力矩作用而旋轉(zhuǎn)，使其電偶極矩轉(zhuǎn)向外電場方向。電偶極矩就是電偶極子在單位外電場下可能受到的最大力矩，故簡稱電矩。如果外電場不均勻，除受力矩外，電偶極子還要受到平移作用。電偶極子產(chǎn)生的電場是構(gòu)成它的正(positive)、負(fù)(negative)點電荷產(chǎn)生的電場之矢量和。磁偶極子磁偶極子是類比電偶極子而建立的物理模型。具有等值異號的兩個點磁荷構(gòu)成的系統(tǒng)稱為磁偶極子。比如，一根小磁針就可以視為一個磁偶極子。地磁場也可以看作是由磁偶極子產(chǎn)生的場。磁偶極子受到力矩的作用會發(fā)生轉(zhuǎn)動，只有當(dāng)力矩為零時，磁偶極子才會處于平衡狀態(tài)。利用這個道理，可以進(jìn)行磁場的測量。但由于沒有發(fā)現(xiàn)單獨存在的磁單極子，故我們將一個載有電流的圓形回路作為磁偶極子的模型。偶極子躍遷的概述圖Eu2+在幾種晶體中的發(fā)光光譜11.4具有3d電子的離子發(fā)光---主要來自一些過渡金屬離子（Oh：正八面體場）693.4nm11.5上轉(zhuǎn)換與量子裁剪發(fā)光---激發(fā)態(tài)吸收引起的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料量子裁剪材料量子裁剪，是指熒光材料每吸收一個大能量光子就會放出兩個小能量光子的物理現(xiàn)象，其理論量子產(chǎn)率為200%。堿金屬鹵化物中負(fù)離子空位俘獲一個電子所形成的一種典型色心。將堿鹵晶體在堿金屬的蒸汽中加熱，然后使之驟冷到室溫，原本透明的晶體就會出現(xiàn)顏色：NaCl變成淡黃色，KCl變?yōu)樽仙?，LiF變?yōu)榉奂t色等等，這個過程稱為增色過程。在增色過程中，堿金屬原子擴(kuò)散進(jìn)入晶體，并以一價離子形式占據(jù)了晶體的正離子格點；同時晶體中出現(xiàn)了負(fù)離子空位，這個負(fù)離子空位可以捕獲一個電子，形成色心，即F心。將堿鹵晶體在堿金屬的蒸汽中加熱，然后使之驟冷到室溫，原本透明的晶體就會出現(xiàn)顏色：NaCl變成淡黃色，KCl