І Новосад - Вплив домішки європію на спектральні характеристики кристалів ссі2мпс12 - страница 1

Страницы:
1  2  3 

ISSN 1024-588X. Вісник Львівського ун-ту. Серія фізична. 2011. Випуск 46. С. 204-212 Visnyk of the Lviv University. Series Physics. 2011. Issue 46. P. 204-212

УДК 535.37:538

PACS 78.70.En, 78.60.Kn

ВПЛИВ ДОМІШКИ ЄВРОПІЮ НА СПЕКТРАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИСТАЛІВ Сс!І2:МпС12

І. Новосад

Львівський національний університет імені Івана Франка вул. Кирила і Мефодія, 8, 79005 Львів, Україна

В інтервалі температур 85-295 К за умови рентгенівського збудження до­сліджено люмінесцентні властивості кристалів CdI2:EuCl3, Cdl2:MnCl2 і Cdl2:MnCl2, EuCl3, вирощених за методом Бріджмена-Стокбаргера. Вста­новлено, що додаткове легування Cdl2:MnCl2 з розплаву домі пікою EuCl3 приводить до підвищення виходу рентгенолюмінесценції в смузі мар­ганцю. У спектральному складі термостимульованої люмінесценції полі-активованого кристала домінує випромінювання Мп2+-центрів. Запропо­новано механізми збудження люмінесценції та запасання світлосуми в CdI2:MnCl2, EuCl3.

Ключові слова: кристали CdI2:Mn2+, Eu2+, рентгенолюмінесценція, сен­сибілізоване свічення, термостимульована люмінесценція.

Раніше в роботах [1-5] показана можливість отримання на основі йодистого кадмію фотохромних матеріалів та сцинтиляторів з коротким часом випромі-

CdI2

рентгенівському збудженні характеризуються малим виходом люмінесценції з максимумом на ділянці 490-510 нм [5,6]. Гомологічна домішка Cl- слабко впли­ває на спектральні характеристики люмінесценції йодистого кадмію [5]. Криста-CdI2:CdCl2

CdI2

цій матеріалу при 295 К, крім основного компонента з часом загасання г\ к 3,8 не, характерного для матриці, спостережено слабкий компонент з т2 к 15 не [5].

Під час легування CdI2 з розплаву сполукою EuCl3 іони європію вбудовую­ться в структуру йодистого кадмію в парамагнітному стані Eu2+, які заміщу­ють Cd2+ в регулярних вузлах кристалічної ґратки [2]. Люмінесцентні процеси та процеси запасання світлосуми в CdI2:EuCl3 досліджено в роботі [7]. Криста-

MnCl2

сценцією Мп2+-центрів в червоній ділянці спектра [5,6]. На базі сцинтиляторів CdI2:Mn

високочутливих комбінованих детекторів рентгенівського випромінювання [8,9].

© Новосад І., 2011

Про спектрально-кінетичні параметри CdI2 :MnCl2, EuCl3 коротко повідомлялось у роботах [10,11]. Показано, що система CdI2:Mn2+, Eu2+ може бути використана для створення люмінесцентних перетворювачів рентгенівського випромінювання. У статті детальніше розглянено результати дослідження впливу легуючої домі­шки європію на випромінювальні процеси та запасання світлосуми в кристалах

CdI2:MnCl2

Експерименти проводили на кристалах CdI2:MnCl2, EuCl3, CdI2:EuCl3, CdI2:MnCl2

"чда", додатково очищеної комплексним методом [6]. Комбінований кристал CdI2:EuCl3-CdI2:MnCl2, EuCl3 був отриманий як єдина монокристалічна система

MnCl2

вводили в розплав шихти в кількості 0,5 мол.% та EuCl3 — 0,05 мол.%. Зразки розміром 15x15x1 мм3 вирізали з кристалічного злитка и сколювали вздовж шарів перпендикулярно до Сб-вісі тонким лезом бритви.

Спектри поглинання реєстрували при кімнатній температурі (295 К) за допомогою спектрофотометра "Specord М-10". Дослідження спектральних ха­рактеристик в температурному інтервалі 85-295 К проводили в металічно­му кріостаті в умовах вакууму ~ 10-4 Торр. Температуру зразка вимірювали мідь-константановою термопарою, розміщеною на кристалотримачі біля зразка. Швидкість нагріву була 0,15 град/с. Для збудження кристалів використовували апарат УРС-55А (трубка БСВ2-Си, [/=45 кВ, /=12 мА). Опромінення криста­лів рентгенівськими квантами здійснювали через берилієве вікно кріостата. Під час дослідження спектрів РЛ випромінювання проходило через товщину зразка. Термостимульовану люмінесценцію (ТСЛ) реєстрували зі сторони падаючого на зразок збуджуючого свічення. Спектри РЛ та криві ТСЛ вимірювали за допомо­гою монохроматора СФ-4А з фотоелектронним помножувачем ФЭУ-51, сигнал з якого підсилювався підсилювачем постійного струму та подавався на двохко-ординатний реєструючий прилад ПДА-1. Дослідження кінетичних параметрів люмінесценції кристалів проводили при імпульсному рентгенівському збудженні (півширина імпульса 1,5 не) з використанням статичного метода рахунку одини­чних квантів за методикою, описаною в роботі [12]. При оцінці часу загасання т люмінесценції кристалів кінетичні криві, отримані при 295 К, перебудовували в координатах lg /(t).

CdI2

є подібні до спектрів поглинання, описаних у роботі [6]. Довгохвильовий край по­глинання йодистого кадмію при 295 К знаходиться в ділянці 385-390 нм (рис. 1, а,

MnCl2

краю поглинання в довгохвильову ділянку спектра і зменшення прозорості в до-мішковій області (рис. 1, а, крива 2). В імпульсі сцинтиляцій інтегрального свіче­ння кристала CdI2:MnCl2 за цієї температури (рис. 1, б) простежують короткий компонент ті к 3,4 не свічення матриці та інерційний компонент з Т2 к 450 мке, пов'язаний з електронними переходами в іонах Mn2+ [5,6,13].

Гомологічна домішка Cl- практично не впливає на люмінесценцію Mn2+-

CdI2:MnCl2

слабку смугу 540-550 нм, характерну для матриці, та інтенсивну смугу при

400 500 600      700 А, нм

26      24      22      20      18      16 v X 103, см-1

Рис. 1. Спектри поглинання кристалів CdI2 (1) і CdI2:MnCl2 (2) при 295 К (о); кінетика загасання РЛ кристала CdI2:MnCl2 при 295 К (б)

735 нм, пов'язану з Мп2+-центрами. Свічення активованого кристала в корот­кохвильовій смузі, сильно гаситься і за температури вище 250 К практично не спостерігається. З підвищенням температури зразка до 295 К вихід свічення Мп2+-центрів послаблюється приблизно на 40% і максимум активаторної сму­ги РЛ зміщується в ділянку 690 нм [5].

На рис. 2 наведено спектри РЛ при 295 К для зразків CdI2:EuCl3 (крива 1) і Cdl2:MnCl2, ЕиСІз (крива 2), виготовлених, відповідно, з нижньої та верхньої частин комбінованого кристала CdI2:EuCl3-CdI2:MnCl2, EuCl3. Для порівняння на рис. 2 (крива 3) також показано спектр РЛ CdI2 :MnCl2. З цих даних випливає, що додаткова активація CdI2:MnCl2 домішкою EuCl3 призводить до зростання виходу РЛ в смузі марганцю при 690 нм приблизно на ЗО %, при цьому не впливає на спектр випромінювання центрів Mn2+. Характерним є те, що люмінесценція з максимумом при 585 нм, пов'язана з домішкою європію [7], в поліактивованому кристалі за високої температури майже не спостережено. Пониження температу­ри до 85 К зумовлює появу слабких смуг з максимумами в областях 490-510 та 580-600 нм, характерних для спектрів випромінювання CdI2:EuCl3, та зміщення основного максимуму РЛ до 730 нм. Температурна залежність випромінювання марганцю в CdI2:MnCl2, EuCl3 подібна до температурної залежності випроміню-CdI2:MnCl2

сценції складові частини комбінованого кристала CdI2:EuCl3-CdI2:MnCl2, EuCl3, вирощені в одній ампулі, майже не поступаються аналогічним кристалам, виро­щеним в окремих ампулах.

400 500 600 700 800    А, нм

Рис. 2. Спектри РЛ кристалів CcU^EuClg (1), CcU^MnCb,EuCl3 (2) і Cdl2:MnCl2 (3) при 295 К

Опромінення кристалів Cdl2:MnCl2, ЕиСІз рентгенівськими квантами при 295 К не спричинює запасання світлосуми та забарвлення зразків. Після рентге­нівського збудження при 85 К поліактивований кристал при нагріванні до 295 К характеризується слабкою термолюмінесценцією. На кривій ТСЛ, крім неелемен-тарного піка с максимумом при 109 К, який перекривається з більш інтенсивним піком при 133 К, досить селективно проявляються домінуючий 168 К і неелемен-тарний пік при 211 К проміжної інтенсивності (рис. 3). Виявлено, що в інтерва­лі температур 85-190 К аналогічні особливості спостерігаються на кривій ТСЛ поліактивованого кристала CdI2 :PbI2, MnCl2. У спектральному складі термолю­мінесценції поліактивованих кристалів домінує випромінювання Мп2+-центрів. З урахуванням даних дослідження ТСЛ кристалів CdI2:EuCl3 [7], розкладено криву ТСЛ кристала CdI2:MnCl2, EuCl3 на гаусові компоненти. При цьому були виділені елементарні піки при 105, 113, 133, 167, 198, 211, 227, 242 та 252 К. Гли­бина пасток, якщо керуватися положеннями піків ТСЛ [14], дорівнює приблизно 0,23, 0,24, 0,29, 0,36, 0,43, 0,45, 0,49, 0,52 та 0,54 еВ.

CdI2:MnCl2

фоні довгохвильового спаду смуги переносу заряду [13], яка перекривається з ділянкою власного поглинання матриці, слабкі смуги поглинання, пов'язані з забороненими d-d-переходами в Мп2+-центрах [15], в домішковій області практично не проявляються. Випромінювання матеріала в червоній ділянці спектра пов'язане з електрон-фононними переходами 4Tig(4G)—7>6Aig(6S) в Мп2+-центрах, які заміщають іони Cd2+ в регулярних вузлах кристалічної ґратки [4, 16]. Слабкий вплив домішки хлору на смуги випромінювання мар­ганцю в CdI2 :Мп2+ пояснюють тим, що іонам активатора енергетично вигідно знаходитися в оточенні йоду, який володіє більшою поляризуючою здатністю порівняно з іонами хлору [17].

Положення окремих піків на кривих ТСЛ в досліджених кристалофосфорах, як і в кристалах на основі CaF2 [18], мало залежить від катіонної домішки. Ряд піків ТСЛ, які повторюються в різних зразках моно- і поліактивованих криста­лів йодистого кадмію, в основному пов'язані з мікродефектами ґратки матриці та наявністю домішки хлору. Від активатора та умов приготування кристалофо-сфорів значно залежить ступінь заповнення окремих рівнів носіями заряду [16]. Природа рівнів захоплення, відповідальних за окремі піки ТСЛ кристалів на основі йодистого кадмію, обговорено у статті [7].

Попередньо в роботі [19] показано, що при оптичному збудженні в поліактиво-ванних кристалах CdI2:PbI2, MnCl2 люмінесценція Мп2+-центрів спостерігається як при внутрішньоцентрових збудженнях, зумовлених d—d-переходами, так і в сенсибілізованому процесі унаслідок міграції енергії від основи кристала та цен­трів Pb2+. При цьому електронно-дірковий механізм є головним механізмом мі­грації енергії до іонів марганцю. З підвищенням температури ефективність цього механізму передачі енергії від сенсибілізатора до активатора зростає в ході дело-калізації електронних збуджень з іонів свинцю при їх фототермічній іонізації. За низьких температур додатково відбувається безвипромінювальна передача енер­гії до Мп2+-центрів.

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

І Новосад - Вплив домішки європію на спектральні характеристики кристалів ссі2мпс12