Научная статья на тему 'Тушение люминесценции кристаллофосфоров атомарным кислородом. Ч. 1. Экспериментальные результаты'

Тушение люминесценции кристаллофосфоров атомарным кислородом. Ч. 1. Экспериментальные результаты Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
323
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Шигалугов С. Х., Тюрин Ю. И., Толмачева Н. Д.

Изучено тушение примесной фотолюминесценции (ФЛ) атомами кислорода у кристаллофосфоров с дефицитом решеточного кислорода. Наблюдается падение на 1-2 порядка интенсивности люминесценции при экспонировании люминофоров даже небольшими (1015…1016 см-2.с-1) потоками атомарного кислорода. В наибольшей степени эффект тушения выражен у дисперсных порошкообразных кристаллофосфоров в условиях воздействия атомами О при повышенной (Т>700 K) температуре. После охлаждения люминофора (. 300 К) информация о воздействовавшей кислородосодержащей атмосферы, "записанная" в остаточной интенсивности ФЛ, может длительное время сохраняться в неизменном виде.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Шигалугов С. Х., Тюрин Ю. И., Толмачева Н. Д.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The paper studies extinguishing of admixture photoluminescence of crystal phosphors with the deficit of lattice oxygen by oxygen atoms. The decline in luminescence intensity by 1-2 orders is observed at exposing phosphors even by small (1015…1016 cm-2.s-1) flows of atomic oxygen. When exposed to O atoms at increased temperature (Т>700 K), dispersed powder-like crystal phosphors have the most vividly expressed extinguishing effect. After phosphor cools (.300 К), the information on the oxygen-containing atmosphere which affected it and which is "recorded" in photoluminescence of residual intensity might remain unchanged for a long period of time.

Текст научной работы на тему «Тушение люминесценции кристаллофосфоров атомарным кислородом. Ч. 1. Экспериментальные результаты»

УДК 539.21

ТУШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ КРИСТАЛЛОФОСФОРОВ АТОМАРНЫМ КИСЛОРОДОМ. Ч. 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

С.Х. Шигалугов*, Ю.И. Тюрин, Н.Д. Толмачева

* Норильский индустриальный институт

E-mail: effi@norcom.ru Томский политехнический университет E-mail: tyurin@fnsm.tpu.edu.ru

Изучено тушение примесной фотолюминесценции (ФЛ) атомами кислорода у кристаллофосфоров с дефицитом решеточного кислорода. Наблюдается падение на 1-2 порядка интенсивности люминесценции при экспонировании люминофоров даже небольшими (Ю'5...Ю'6 см-2.с-1) потоками атомарного кислорода.

В наибольшей степени эффект тушения выражен у дисперсных порошкообразных кристаллофосфоров в условиях воздействия атомами О при повышенной (Т>700 K) температуре. После охлаждения люминофора (<300 К) информация о воздействовавшей кислородосодержащей атмосферы, «записанная» в остаточной интенсивности ФЛ, может длительное время сохраняться в неизменном виде.

Введение

Обычно твердые тела находятся во взаимодействии с кислородом или кислородосодержащими частицами, обладающими широким спектром воздействий на его поверхность. Такие воздействия во многом определяют поведение тонкопленочных и слоистых материалов, современных наноразмер-ных структур, лазеров с кислородосодержащей рабочей средой, низкоорбитальных космических и сверхзвуковых летательных аппаратов. Поверхность активно участвует в процессах адсорбции, десорбции, диссоциации, диффузии, рекомбинации газовых частиц, дефектообразовании и росте кристаллической решетки.

В число наиболее эффективных методов контроля состояний и микропроцессов на поверхности в присутствие газовых частиц входят люминесцентные методы. В работе показано, что активные кислородосодержащие частицы, в частности атомы 0, могут существенно влиять на люминесценцию твердых тел, возбуждаемую традиционными способами, например, светом в видимой и УФ частях спектра, и изучено стимулирующее и тушащее влияние кислородосодержащих газовых сред на люминесценцию твердых тел.

Результаты исследований максимально ориентированы на практическое применение: на получение параметров адсорбции, десорбции, диссоциации, рекомбинации, диффузии и встраивания в решетку кислородосодержащих частиц с участием поверхности твердых тел; на разработку новых люминесцентных газоаналитических методик, обладающих высокой чувствительностью и избирательностью определения примесей в газах; на выработку рекомендаций по условиям синтеза и подготовки к эксплуатации оптимальных люминофоров для газоплазменных индикаторных приборов и панелей; на уточнение механизмов вредного воздействия атомарного кислорода на поверхность и приповерхностных свечений низкоорбитальных космических летательных аппаратов (КЛА).

1. Спектрально-кинетические закономерности тушения

Эффект тушения фотолюминесценции внедренными атомами кислорода первоначально обнаружен на образце У203:БР, рис. 1. Для выяснения механизма и общих закономерностей тушения проведены исследования на других У203-фосфорах с хорошо изученной структурой электронных переходов в процессах фотовозбуждения и люминесценции: У203:ТЬ3+ и У203:Еи3+; и на фосфоре со сходной кристаллической решеткой 8е203:Еи3+. Отметим общие закономерности тушения фотолюминесценции атомарным кислородом.

1. Молекулы 02, С02, С0, Н20, N N0 и атомы Не, N0, Аг, Хе не влияют на интенсивность ФЛ. Заметное тушение наблюдается только в диссоциированных ВЧ-разрядом или термолизом кислородо-содержащих газах 02, ^0, С02, воздух, рис. 1, 2.

рода, получаемыми пиролитически - диссоциациеи N2O (кривые 1, 2) и O2 (кривая 3) на нагретоИ Rh-ленте (1, 2 - TRh=1500 K, 3 - TRh=1600 K). Температура образца 550 К (2) и 600 К (1,3). А, О, □ - расчёт, табл. 1 в [1]

2. Скорость тушения интенсивности ФЛ тем выше, чем выше температура образца (рис. 3), концентрация атомов О в газовой фазе (рис. 1,2) и концентрация атомов активатора.

3. Тушение происходит независимо от наличия или отсутствия фотовозбуждения образца.

Рис. 2. Тушение ФЛ У203:ВР+ атомами кислорода, получаемыми в ВЧ-разряде диссоциацией Ы20 (кривая 1), 02 (кривая 2), воздуха (кривая 3), СО (кривая 4). Экспериментальные условия и расчётные данные приведены в табл. 3 [1]. (П, А, • , О - расчёт)

4. Тушение обратимо. Полного восстановления первоначального уровня интенсивности ФЛ можно достичь длительным высокотемпературным прогревом при 7>600 К (рис. 4, 5) люминофоров в вакууме или атмосферах, не содержащих атомов кислорода.

Рис. 3. Тушение интенсивности фотолюминесценции Y2O3-EU+ (8 мол. %) потоком атомов кислорода плотностью j0='.'016 см-2.с-' при различных температурах образца: 1) 673; 2) 723; 3) 748; 4) 773; 5) 798 К

I, отн. ед. f

6 U

d

2 -

_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_

100 130 150 170 190 210 t, мин

Рис. 4. Кинетическая кривая роста интенсивности ФЛ Y2O3:Bi (участки b l) после отключения (точка b) атомов O над образцом: a b - окончание участка тушения (кривой 2 на рис. 2) при 600 К, b-c - рост при 600 К, c d - резкий нагрев образца до 750 К, d e - рост при Т=750 К, e-f -резкое охлаждения образца до Т=600 К, f l - Т=600 К

Фосфоры Y2O3:Tb и Y2O3:Bi обладают эффектом «памяти»: охлажденные до 20 °С они длительное время (>103 ч при выдержке образцов на воздухе) сохра-

няют информацию о полученной «дозе» атомов кислорода по величине уменьшения интенсивности ФЛ относительно первоначального уровня, существенно различное в различных полосах излучения, рис. 6, 7.

40 137,5 235 332,51, мин 430

Рис. 5. Динамика ФЛ в кислороде: 1) тушение фотолюминесценции У203:Еи (8 мол. %) атомами кислорода при 775 К, ¡о=Ы016 см-2.с-1; 2) восстановление при давлении 10-5 Па, 775 К. ^=262 нм, 460 нм<Ъш.<640 нм

Рис. 6. Спектр фотолюминесценции образца У203:ТЬ (8 мол. %) при возбуждении УФ излучением 300 нм: 1) на исходном образце (Т0=293 К); 2) на образце (Т0=293 К) после тушения атомами кислорода jo=1.1016 см-2.с-1 в течение 2 ч 45 мин при 700 К. Регистрация: дифракционный монохроматор МДР-206 (щели 0,05 мм), фотоприёмник Hamamatsu photon counting head H7467-01 (режим счёта фотонов)

Рис. 7. Спектр фотолюминесценции образца У203:В1 (0,01мол. %) при возбуждении УФ-излучением 315 нм: 1) на исходном образце (Т0 =293 К); 2) на образце (Т0=293 К) после тушения атомами кислорода ¡0=11016 см-2. с-1 при 700 К в течение 2,5 ч и последующего охлаждения до Т0 =293 К; 3) на образце (Т0 =293 К) после частичного восстановления атомами водорода ¡н=1.106 см-2. с-1 при 700 К в течение 2 ч и последующего охлаждения до 293 К

У фосфоров У203:Еи3+ и 8с203:Еи3+ тушение выражено слабее: при охлаждении до до 20 °С после экспонирования атомами О в нагретом состоянии,

люминофоры У203:Еи3+ и 8с203:Еи3+ обнаруживают небольшое (на 5...10 %) падение интенсивности ФЛ. Однако будучи нагретыми до Т>700 К, они явно проявляют эффект тушения ФЛ (рис 8, 9), особенно это касается У203:Еи3+ (рис. 8).

Значительная величина тушения люминесценции при объёмном возбуждении, долговременной характер и монотонность в температурной зависимости тушения, способность "потушенных" образцов длительно сохранять информацию о полученной "дозе" атомов О - все это свидетельствует о контролируемом диффузией атомов О тушении люминесценции в процессах интеркомбинационной конверсии при сближении атомов кислорода с центрами свечения в приповерхностной области и в объёме люминофора. Спектроскопические исследования эффекта тушения также подтвердили этот вывод.

Обсудим результаты этих исследований.

У203:ТЬ3+. Для кристаллофосфоров, активированных ТЬ3+ характерно внутрицентровое фотовозбуждение в широкой ультрафиолетовой полосе 4/-5ё иона ТЬ3+в области 200.300 нм [2, 3]. По нашим данным максимум полосы возбуждения У203:ТЬ (8 %) лежит вблизи 290 нм (34500 см-1). Спектр излучения поликристаллического У203:ТЬ3+ детально изучен в [4]. Как и в указанной работе, при фотовозбуждении нами наблюдались (А„озб=290 нм) четыре наиболее интенсивные группы линий в сине-зеленой (4792.5062 А), зеленой (5370.5634 А), желто-оранжевой (5779.5993 А) и оранжево-красной (6148.6367 А) областях спектра излучения, рис 6. Эти группы принадлежат ТЬ3+-центрам с симметрией С2 в кубической решетке У203 и идентифицированы в [4] как переходы между штарковскими подуровнями расщепленных кристаллическим полем решетки У203 самого нижнего возбужденного состояния

и четырех состояний основного мультиплета Т, (/=3, 4, 5, 6) иона ТЬ3+. Наиболее интенсивная группа линий 5779.5993 А принадлежит переходам между подуровнями и Т5; группа 5779.5993 А переходам ^ Т4; группа 6148.6367 А - переходам

^ Т3; а в группе 4792.5062 А кроме основного перехода ^ Т6 могут присутствовать линии переходов ^ Т0Д и ^ Т0.

В [5] проведен анализ температурной зависимости линий переходов ТЬ3+ в У203 и сделаны следующие выводы. На температурную зависимость интенсивности линий излучения оказывают влияние два конкурирующих процесса: 1) температурное тушение; 2) переселение части электронов с нижних штарковских компонент излучательного уровня на верхние (всего 9 компонент). Монотонное убывание интенсивности с температурой наблюдается для линий, которые соответствуют переходам с нижних трех подуровней состояния Линиям, интенсивности которых имеют экстремум (максимум) в температурной зависимости, сопоставляются переходы с середины (4 и 5 подуровни) полосы разрешенных энергий возбуж-

ность которых монотонно растет с увеличением температуры в интервале от 77 до 300 К, принадлежат переходам с верхних (6, 7, 8, 9) подуровней

Такая интерпретация происхождения линий излучения иона ТЬ3+ в матрице У203 находится в согласии с нашими результатами по исследованию степени тушения атомарным кислородом интенсивности наиболее характерных линий ФЛ данного кристаллофосфора.

Кристаллическая решетка У203 содержит большое число точечных дефектов, в частности анионных вакансий (лишь 2/3 анионных узлов в элементарной ячейке заняты ионами О2-) [6, 7], поэтому она должна предоставлять большие возможности для термостимулированной диффузии нейтральных атомов кислорода по анионным вакансиям. В таком случае, атомы кислорода, проникая вглубь решетки и приближаясь на расстояния порядка межатомного к ионам ТЬ3+, могут создавать локальные энергетические уровни атомов О(3Р), сильно коррелирующие с уровнями и Т, ионов ТЬ3+. При этом появляется канал для эффективной безызлучательной релаксации, в первую очередь, верхних штарков-ских компонент возбужденного уровня

Действительно, анализ тушения отдельных линий в спектре ФЛ У203:ТЬ3+ после длительного (2,5 ч) экспонирования образца атомарным кислородом (/¿=5.1015 см-2.с-1) при 700 К с последующим охлаждением до исходной (295 К), показал сильную зависимость величины остаточного тушения 10/1 (10 - интенсивность ФЛ исходного образца; I - образца после тушения при Т=295 К) от положения штарков-ского подуровня N в состоянии Наиболее сильно (в 60.70 раз) «гасятся» переходы с высоколежащих подуровней с N=9 по N=6, несколько меньше (40.30 раз) - переходы с промежуточных 5 и 4-поду-ровней и наименее всего (20.25 раз) - переходы с первых трех нижних подуровней, таблица.

Таким образом, данный метод тушения ФЛ может быть применен для идентификации структуры электронных переходов в решетках с большой концентрацией атомных анионных вакансий.

У203:Еи3+ и 8е203:Еи3+. Возбуждение фотолюминесценции в этих, во многом сходных по спектроскопическим параметрам соединениях, связывается с интенсивным поглощением света в широкой полосе переноса заряда (ППЗ) Еи3+(0п-2п)-Еи2+(0п-2п+1) в области длин волн 230.290 нм [8-12]. В наших экспериментах наблюдался существенный сдвиг максимума полосы фотовозбуждения Еи3+ в У203 в длинноволновую область с 240 до 265 нм при нагревании образца с 295 до 700 К. Этот факт, описанный ранее в [13], объясняет необычную зависимость интенсивности ФЛ У203:Еи3+ от температуры при возбуждении коротковолновым излучением ртутной лампы: У203:Еи3+ - единственный известный фосфор, яркость которого растет с температурой вплоть до 800 °С. Сюда нужно добавить, что оптимальными, с точки зрения квантово-

денного уровня линии интенсив- го выхода ФЛ, являются образцы У203:Еи3+ с высо

ким (до 10 %) содержанием активатора [14]. По указанным причинам У203:Еи3+ (5...10 %) - наиболее приемлемый кристаллофосфор для исследования спектральных и кинетических закономерностей тушения люминесценции атомами кислорода при высоких температурах.

Таблица. Значения относительного тушения интенсивности ФЛ У203:ТЬ (8 мол. %) атомами кислорода для идентифицированных излучательных переходов в ионе ТЬ+

Излучательный переход

Длина волны излучения, А

5437 и 5434 4942 4836 5430 и 5427 6286 5974 и 5971

6266 5799 5410 4806

6174 6148 5946 5822 5784 5379

Номер штар-ковского подуровня 504

4 - 5 4 - 5 4 - 5 4 - 5

6 - 9 6 - 9 6 - 9 6 - 9 6 - 9 6 - 9

Величина относительного тушения /0/1

22 22 21 20 24 22

39 43 30 35

51

50

51 68 62 54

Спектр фотолюминесценции У203:Еи3+ хорошо изучен и систематизирован [15-18]. Основные из-лучательные переходы принадлежат локальным центрам Еи3+ в позиции С2 решетки У203 с уровня (энергия 17215,8 см-1) на уровни Т2 (1379,0; 906,4; 858,9 см-1), ^ (543,3; 359,5; 199,4 см-1) и Т0 (0 см-1). Этим переходам можно сопоставить, по нашим измерениям, длины волн (А) излучения, соответственно, 6312, 6136, 6114, 5997, 5931, 5874, 5801, рис. 7, 8. Переход ^ в центре Еи3+ с симметрией 86 (максимум при 5823 А по данным [15]) нами не идентифицирован.

На рис. 8 и 9 представлены спектры ФЛ образцов У203:Еи3+ и 8с203:Еи3+ до и после тушения люминесценции атомарным кислородом. В У203:Еи3+ (8 мол. %) при температуре 773 К в потоке атомов кислорода плотностью 5.1015 см-Ч-1 происходит значительно быстрое тушение (~ в 3,5 раза за 10 мин) суммарной интенсивности ФЛ во всем спектре излучения, однако в желтой области (линия 5874 А в переходе ^ Т;) тушение выражено наиболее сильно - в 3,9 раза, в оранжевой (линия 6114 А перехода ^ Т2) - несколько меньше (3,7 раза), а в красной (6332 Е в ^ Т2) еще меньше (3,3 раза).

В 8с203:Еи3+ тушение ФЛ атомами О происходит намного слабее, но излучательные переходы имеют сходную с У203:Еи3+ структуру при общем небольшом сдвиге в низкочастотную область спектра, рис. 7, 9. Однако, в отличие от У203:Еи3+, в длинноволновом мультиплете ^ Т2 доминируют только две линии 6358 и 6119 А, а в более коротковол-

новой части спектра дополнительно присутствуют слабовыраженные максимумы при 5984 и 5832 А. Последние максимумы можно приписать, по аналогии с интерпретацией для У203:Еи3+, магнитным дипольным переходом ^ Т; центра Еи3+ с симметрией 86 в решетке 8с203.

Тушение люминесценции У203:Еи3+ и 8с203:Еи3+ атомарным кислородом, наиболее вероятно, связано с увеличением эффективности безызлучательных потерь энергии возбуждения за счет сильной корреляции (перекрывания) полосы переноса заряда Еи3+-02- и уровня атома 0(3Р) при диффузионном сближении атомов кислорода с ионами европия в решетках данных кристаллофосфоров. В У203:Еи3+ этому способствует смещение полосы переноса заряда в сторону более низких энергий с ростом температуры. В 8с203 не наблюдается сдвига максимума полосы возбуждения ФЛ в низкочастотную область при нагревании образца до значений температуры эффективной диффузии атомов кислорода Т>700 К (т.е. снижения положения ППЗ до уровня внедренных атомов 0), что и объясняет сравнительно малую величину тушения ФЛ в этом фосфоре.

Спектр фотолюминесценции У10-3:Еи3+ (8 мол. %): 1) исходного образца при давлении 10-5 Па; 2) после тушения ФЛ атомарным кислородом =1.1016 см-2. с-1; 3) после восстановления ФЛ атомарным водородом ]н=1.1016 см-2.с-1. Температура образца 775 К. Возбуждение - Хе-лампа, линия 262 нм. Регистрация: монох-роматор МДР-206 (щели 0,03/0,03 мм), фотоприёмник Натата1эи Н7467 01 (режим счёта фотонов)

Рис. 9. Спектр фотолюминесценции образца Scl03:Eu (9мол. %) при 620 К: 1) исходного образца; 2) после экспонирования атомами 0 (35 мин при 620 К, ]0=5.1015 см-2.с-1); Возбуждение - Хе-лампа, линия 365 нм. Регистрация: монохроматор МДР-206 (щели 0,06/0,06 мм), фотоприемник Натата1эи Н7467 01 (режим счёта фотонов)

На рис. 10 схематически показаны процессы возбуждения и тушения люминесценции через по-

^ ^

^ Т6

^4 ^ Т6

^4 ^ Т5

^4 ^ Ъ

^4 ^ Ъ

04 ^ Т3

^4 ^ ^4

^4 ^ ^

^4 ^ Т6

504 ^ Т3

504 ^ Т3

04 ^ ,F4

^4 ^ ,F4

^4 ^ ,F4

^4 ^ ^

90

585

595

615

лосу переноса заряда (1) и уровень сближенного с ионом Еи3+ атома кислорода (2) в модели конфигурационных кривых.

Акту фотовозбуждения Еи3+ соответствует переход а—Ь в ППЗ. Безызлучательная релаксация Ь—е приводит ППЗ к минимуму энергии. Далее (или попутно) происходит безактивационный перенос энергии на излучательный уровень с которым конкурирует переход е—й на уровень введенного атома кислорода 2. С уровня происходят излу-чательные переходы (люминесценция), а с уровня 2 - безызлучательные переходы (тушение) на нижние Т - уровни иона Еи3+.

У203:Еи3+. Эффективный фотолюминофор У203:Еи3+ получил применение, наряду с У203:Еи3+, в неоновых лампах и газоразрядных индикаторах ввиду высокой светоотдачи и радиационной стойкости [19]. Спектр возбуждения и люминесценции этого фосфора подробно исследован в [20-22]. Начало межзонного возбуждения по данным [22] находится в области 5,5...5,7 эВ. В области же между 3 и 4 эВ, согласно [20, 21] и нашим данным располагается интенсивная полоса внутрицентрового возбуждения ионов В13+. Спектр ФЛ У203:В13+ в видимой области (рис. 10) содержит две широкие полосы с максимумами вблизи 409 и 503 нм, принадлежащие согласно [20], ионам В13+ в позициях соответственно, и С2 решетки У203. Таутометрические измерения [20] позволили интерпретировать излучение в зеленой области (503 нм) и синей области (409 нм), как переход в ионе В13+ с возбужденного уровня 3Р1 на основной ^ со временем жизни т возбужденного состояния, соответственно 0,5 и 0,2 мкс при температуре 295 К.

Поскольку люминофор У203:В1 подвержен сильному концентрационному тушению [20], то нами изучался образец со сравнительно низким содержанием активатора - 0,1 мол. % В1 в У203. Данный образец проявлял те же кинетические закономерности при тушении ФЛ атомами кислорода в нагретом состоянии, что и другие У203-фосфоры, однако, в отличие от У203:Еи3+, будучи охлажденным, так же как У203:ТЬ, обладал эффектом «памяти» - значительной величиной остаточного тушения. Для зеленой полосы излучения величина отношения интенсивности 10 на длине волны 503 нм исходного образа при 295 К к интенсивности I после 2,5 ч экспонирования образца потоком атомов 0 плотностью уО=5.1015 см-2х-1 при 700 К и последующего охлаждения до 295 К составила 10/1=1,8. Остаточное тушение для фиолетовой полосы на длине волны 410 нм оказалось существенно больше - 10/1=2,5. Это связано, по-видимому, с различием времён жизни возбуждённых состояний иона В13+ в позициях С2 и решётки и, как следствие, более сильному тушащему влиянию введённых атомов кислорода на магнитно-дипольный переход

Б13+ (3^) + 0(3Р2) — [Б1( + О(180)]е — Б1( Ъ0) + 0( 3Р2).

На рис. 11 показана схема безызлучательных переходов между состояниями В13+:(3Р:) и В13+:('80).

40

30 --

« 20 + -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а

^ 1 ^ и 10 СО

Конфигурационная координата

Рис. 10. Конфигурационно-координатная диаграмма 4f-со-стояний, полосы переноса заряда: 1) Е^+и 2) введенного атома О в У203

Конфигурационная координата Рис. 11. Схема переноса энергии между термами 3Р1 и 1S0 иона

Характерной особенностью спектров люминесценции всех изучавшихся кристаллофосфоров является небольшой сдвиг максимумов полос (линий) излучения в коротковолновую область после тушения ФЛ атомами О. Для максимумов линейчатых спектров ионов редкоземельных активаторов ТЬ3+ и Еи3+ сдвиг незначителен - 2.5 А (переходы в хорошо экранированной 4/-оболочке), а для излучения иона В13+ в У203 сдвиг выражен намного более явно - примерно на 50 А для зеленой и синей полос люминесценции. Коротковолновый сдвиг можно связать с повышением симметрии окружения ионов активатора при заполнении анионных вакансий диффундирующими атомами кислорода. Действительно, такое предположение находит естественное подтверждение для У203:В1, в спектре ФЛ которого одному и тому же переходу 3РХ—>х80

Р^^,, в ионе В13+, изовалентно замещающем У3+ с иона В13+ в позиции с более высокой симметрией Б,

симметрией в решётке У203. Тушение возбужденных состояний В1 кислородом, вероятно связано с явлением интеркомбинационной конверсии [23]:

соответствует более коротковолновое излучение (полоса 409 нм), чем в позиции с менее высокой симметрией С2 (полоса 503 нм).

0

Выводы

1. Обнаружено и исследовано спектрально-кинетическими методами тушение фотолюминесценции кристаллофосфоров в атомарном кислороде.

2. Эффект тушения наиболее выражен у люминофоров с дефицитом решеточного кислорода -У203 и 8е203-фосфоров.

3. Скорость и величина тушения увеличиваются с ростом плотности потока атомов кислорода в

газовой фазе, концентрации ионов активатора в решетке образца и температуры образца.

4. На основе спектроскопических данных сделан вывод о сильной корреляции излучательных переходов в ионах активатора с уровнями вошедших в решетку У203 или 8е203 атомов кислорода. Высказано предположение, что тушение примесной люминесценции происходит по механизму интеркомбинационной конверсии при участии диффузионно внедренных атомов кислорода.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стыров В.В.,Тюрин Ю.И. Неравновесные хемоэффекты на поверхности твердых тел. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 507 с.

2. Blasse G., Bril A. Investigations of Tb3+-activated phosphors // Philips Res. Repts. - 1967. - V. 22. - № 5. - P. 481 - 504.

3. Hoshina T. 4f-5d excitation energy of Tb3+ in solids // J. Chem. Phys. - 1969. - V. 50. - № 12. - P. 5158-5162.

4. Левшин В.Л., Максимова Н.Д. Спектр излучения ТЫ+ в Y2O3 // Оптика и спектроскопия. - 1969. - Т. 27. - № 4. - С. 631-634.

5. Левшин В.Л., Максимова Н.Д., Астахов А.В. Температурные зависимости интенсивностей линий Tb3+ в Y2O3 // Оптика и спектроскопия. - 1970. - Т. 28. - № 6. - С. 1159-1163.

6. Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ. - М-Л.: ГИТТЛ, 1950. - 968 с.

7. Вайнер В.С., Вейнгер А.И. Исследование образования и превращений точечных дефектов в монокристаллах Y2O3 // Физика твердого тела. - 1977. - Т. 19. - № 2. - С. 528-532.

8. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. - М.: Высшая школа, 1982. - 376 с.

9. Hoefdraad H.E., Stegers F.M.A., Blasse G. Evidence for the influence of an effective charge on the position of the charge trensfer band of Eu3+ in solids // Chem. Phys. Lett. - 1975. - V. 32. - № 2. - P. 216-217.

10. Struck C.W., Fonger W.H. Role ofthe charge - transfer states in feeding and thermally emptying the 5D states of Eu3+ in yttrium and lanthanium oxysulfides // J. Luminescence. - 1970. - V. 1-2. - P. 456-468.

11. Полуэктов Н.С., Гава С.А. Определение примеси некоторых лантаноидов в окиси скандия люминесцентным методом // Журн. аналит. химии. - 1970. - Т. 25. - № 9. - С. 1735-1739.

12. Blasse G. On the Eu3+ fluorescence of mixed metal oxides. IV. The photoluminescence eficience of Eu3+-activated oxides // J. Chem. Phys. - 1966. - V. 45. - № 7. - P. 2356-2360.

13. Wickersheim K.A., Lefever R.A. Luminescent behaviour of rare -earths in yttrium oxide and related hosts // J. Electrochem. Soc. -1964. - V. 111. - № 1. - P. 47-70.

14. Гурвич А.М. Проблемы редкоземельных люминофоров // Спектроскопия кристаллов. - Л.: Наука, 1985. - С. 59-70.

15. Forest H., Ban G. Evidence for Eu3+ emission from two symmetry sites in Y2O3:Eu3+ // J. Electrochem. Soc. - 1969. - V. 116. - № 4. -P. 474-478.

16. Chang N.C. Fluorescence and stimulated emission from trivalent europium in yttrium oxide // J. Appl. Phys. - 1963. - V. 34. - № 12.

- P. 3500-3504.

17. Chang N.C, Gruber J.B. Spectra and energy levels of Eu3+ in Y2O3 // J. Chem. Phys. - 1964. - V. 41. - № 10. - P. 3227-3234.

18. Хебер Й., Кеблер У. Взаимодействие и перенос энергии между ионами Eu3+, находящимися в различных решеточных позициях в Y2O3 // Известия АН СССР. Сер. физ. - 1973. - Т. 37. -№ 4. - С. 772-777.

19. Ильмас Э.Р., Лущик Ч.Б. Спектральные трансформаторы с фотонным умножением для неоновых люминесцентных ламп // Тр. Ин-та физики АН ЭССР. - 1972. - № 40. - С. 3-23.

20. Мерилоо И.А., Миленина Р.В. Центры люминесценции в фосфорах Y2O3® и Sс2Oз:Bi // Тр. Ин-та физики АН ЭССР. - 1972.

- № 39. - С. 250-261.

21. Blasse G. The ultraviolet absorption bands of Bi3+ and Eu3+ in oxides // J. Solid. State Chem. - 1972. - V. 4. - № 1. - P. 52-54.

22. Савихина Т.И. Спектры возбуждения люминесцентных кисло-родосодержащих кристаллофосфоров в области 3 - 21 эВ // Тр. Ин-та физики АН ЭССР. - 1972. - № 40. - С. 24-52.

23. Барлтроп Дж., Койл Дж. Возбужденные состояния в органической химии. - М.: Мир, 1978. - 446 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.