Механизм катодолюминесценции

Первоначальные представления о механизме катодолюминесценции были сформулированы в 1904 г. [155, стр. 671]. Со стороны излучения механизм был принят тождественным наблюдаемому при возбуждении светом. В случае катодолюминесценции передача энергии люминофору идёт через каскады вторичных электронов, возникающих за счёт торможения первичного возбудителя. Акт возбуждения представляет собой переход системы в более высокое энергетическое состояние с полным или частичным отрывом электрона от центра люминесценции . Обратный переход электрона в первоначальное состояние ос- [c.17]

В катодолюминесценции свечение возникает за счет энергии бомбардирующих образец быстрых (первичных) электронов. Источники возбуждения и приемы работы с ними описаны в гл. VII. Несмотря на широкое использование катодолюминесценции в технике, механизм ее возбуждения в деталях еще не изучен. В частности, недостаточно ясен механизм размена энергии первичного электрона в бомбардируемом материале и последующего поглощения этой энергии атомам.и. Схематически ироцесс может быть представлен следующим образом. Быстрый первичный электрон при торможении в исследуемом материале теряет свою энергию ступенчато за счет многократных столкновений с атомами. При этом на пути первичного электрона образуется большое число более медленных (с энер- [c.149]

В главе VI сделана попытка осветить теоретическую сторону явления, чтобы дать читателю представление, каким образом процесс катодолюминесценции может рассматриваться с точки зрения его механизма. Содержание главы не исчерпывает поставленной задачи. Из-за сложности электронного возбуждения и отсутствия универсальной теории люминесцентных явлений дано только сравнение катодного процесса с остальными видами люминесценции. Сделанные выводы о причинах особенностей катодолюминесценции следует рассматривать только как предварительное обобщение, необходимое для дальнейшей обработки. [c.5]

Для правильной оценки особенностей катодолюминесценции необходимо прежде всего установить её положение среди остальных видов люминесценции и сравнить с последними. Сравнение удобнее сделать, сопоставляя свечение при возбуждении электронным лучом с наиболее хорошо изученной фотолюминесценцией. Не предрешая вопроса о тождестве механизма обоих, такое сравнение должно установить общность отдельных свойств свечения или наличие между ними более или менее глубокой разницы. [c.302]

Низкая величина отдачи является, таким образом, характерной особенностью катодолюминесценции. При оценке этой особенности следует иметь в виду уже разобранную зависимость яркости от ускоряющего напряжения ( 8) и плотности тока ( 9). Обе эти зависимости сами по себе специфичны для катодолюминесценции по сравнению с возбуждением светом. Показатель степени при энергии электронов, от которой зависит яркость при постоянной плотности тока, пока ещё не поддаётся уверенной физической интерпретации. Малая зависимость от плотности тока и других особенностей возбуждения позволяет рассматривать эту величину как характерную константу люминофора, которая в первую очередь определяет особенности акта поглощения и транспортировки энергии в кристалле к излучающим атомам. Для уверенной интерпретации явлений необходимо установить более точный закон рассеяния энергии быстрых электронов в кристалле в зависимости от их первоначальной скорости и от физико-химических констант мишени. Механизм переноса энергии по кристаллу с большой степенью вероятности можно представить идущим на принципе резонанса. [c.327]

Резюмируя результаты сравнения катодолюминесценции с остальными видами люминесцентных явлений, необходимо подчеркнуть глубокое сходство их механизма. Основная разница при электронном возбуждении падает на его высокую мощность и чисто поверхностный характер поглощения. В подавляющем большинстве случаев наблюдаемые различия могут быть качественно объяснены на этом основании. Разница в свойствах свечения, связанная с индивидуальными особенностями люминофоров, вызвана спецификой поглощения и излучения в данном материале в том виде, как она предусмотрена для фотолюминесценции. С такой оговоркой суммированные в 25 модели люминесцентного процесса могут быть распространены и на катодолюминесценцию. Количественная оценка её особенностей требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований. [c.334]

В задачу настоящей книги входит систематизация наиболее проверенных данных по катодолюминесценции и катодолюминофорам. При описании крупной самостоятельной области физических явлений казалось бы желательным дать вначале предварительную сводку теории и в свете её вести дальнейшее изложение фактического материала. Подчинение последнего некоторой руководящей идее безусловно обеспечило бы ббльшую целостность изложения. Однако при современной изученности предмета подобная систематизация материала вряд ли рациональна. В таком сложном вопросе, как механизм катодолюминесценции, недостаточно выдвинуть теорию и пояснить её небольшим числом подходящих примеров. Теоретическая база для этого слишком слаба, и трактовка вопроса легко может оказаться односторонней. Отсутствуют, например, количественные представления о взаилюдействии бомбардирующих электронов с электронной плазмой кристалла и о. механизме происходящей при этом передачи энергии. Самый акт поглощения, являющийся основой всего процесса, таким образом, недостаточно расшифрован. Помимо кинетики размена энергии, не установлен [c.40]

В приемах физико-химического анализа однокомиоиентных, бинарных и более сложных твердых систем катодолюминесценция, как аналитический признак, 1И)зволяет с высокой чувствительностью обпаруживат]. большое число явлений. По характерным спектрам активатора, используемого в качестве зонда кристаллической основы фосфора, надежно обнаруживаются полиморфные превращения, реликтовые или переходные структуры, направление хода химических реакций, их последовательность, образование смешанных кристаллов, распад твердых растворов и диффузия отде.льпых компонентов в многофазных системах. Количественный гемент вводится обычно изучением интенсивности свечения на принципе аддитивности спектров излучения отдельных фаз или закономерного сме-п],епия и размытия спектров при образовании смешанных кристаллов. Помимо высокой чувствите.и1>ности, преимуществами метода являются ei o быстрота и возможность одновременного наблюдения нескольких продуктов при массовых и чисто локальных превращениях. Общие приемы исследования аналогичны описанным при фотовозбуждении. Специфика механизма возбуждения катодолюминесценции и некоторые сопутствующие ей явления накладывают, однако, свой отпечаток на результаты наблюдений. Эти особенности в некоторых случаях могут быть использованы как дополнительный диагностический признак, в других -- они несколько усложняют наблюдения и даже ограничивают область их иримепения. [c.154]

Дальнейшее уточнение взглядов на катодолюминесценцию произведено только в 919 г. в сводке количественных данных о свойствах катодных лучей [153]. Точно определён механизм возбуждения за счёт освобождающихся в люминофоре вторичных электронов. Предполагалось, что число последних на единицу длины прогрессивно убывает по мере увеличения скорости первичного возбудителя. Отсюд-а—катастрофическое падение яркости и светоотдачи при переходе к электронам больших скоростей и р-лучам [153, стр. 84]. [c.19]

Такой широкий диапазон возможных и действительно реализуемых изменений объясняет быстрое продвии<е-ние катодолюминесценции в технику. С другой стороны, он затрудняет описание свойств самого явления, так как далеко не все особенности свечения одинаково определены строгими количественными наблюдениями. Изучению подвергались обычно те свойства явл ния, которые имели практическое значение. Даже в этом случае дело иногда ограничивалось только регистрацией некоторого усреднённого эффекта, который не отражает течения элементарных процессов и не даёт заключения об их механизме. Достаточно указать, например, что при изучении яркости в функции тока или напряжения мгновенный процесс не был отделён от остаточного послесвечения. При работе с неподвижным лучом учёт послесвечения вообще невозможен. При возбуждении развёрнутым растром к яркости экрана в момент возбуждения, естественно, прибавляется та доля послесвечения, которая соответствует времени кадра. Другим характерным примером недостаточной изученности служит процесс затухания. В силу практической важности ему посвящено большое число работ. Однако только для ограниченного числа препаратов с достаточной строгостью установлены формы кривых затухания. Аналитическое выражение их и величина соответствующих констант точно определены лишь для небольшого числа технических катодолюминофоров. [c.39]

Ряд метал юв, особенно принадлежапдах к группе железа, оказывает на катодолюминесценцию обратное действие. Дад<е в незначительной концентрации они энергично гасят свечение и полностью парализуют влияние активирующих присадок. Своеобразное действие их будет подробнее рассмотрено в пренаратгнзной части. Механизм гасяще1 о действия ещё ие установлен. Влияние на люминесценцию столь сильно, что полная изоляция элементов железной группы в ряде люминофоров безусловно необходима, чтобы получить препараты с максимальной яркостью свечения. Присутствие железа в концентрации 10- уже заметно понижает, например, яркость свечения сульфида цинка. Влияние никеля и кобальта ещё сильнее. С другой стороны, в ряде соединений металлы железной группы сами могут вести себя в качестве эффективных а i< т и в а т о р о в. [c.51]

Несмотря на учёт механизма процессов, сделанный при выборе вышеприведённой терминологии, данная классификация трудно применима на практике. Разграничение видов затухания в катодолюминесценции не всегда может быть проведено с желательной ясностью. Учитывая неполноту экспериментальных данных по затуханию катодолюминофоров, в настоящем изложении сделаны отступления от принятой терминологии. Термин флуоресценция во всех случаях заменён выражением свечение в момент возбуждения . Свечение при затухании, независимо от длительности, называется просто послесвечением. Если от-сутствз ет количественная оценка, то для качественной характеристики иногда прибавлены определения очень короткое , короткое и длительное . Определению очень короткое соответствует послесвечение порядка длительности наблюдаемого в шеелите и меньше его. Катодолюминофоры с таким затуханием пригодны для передачи и приёма сигналов на частоте до нескольких десятков и сотен килогерц. Термин короткое отвечает трудно уловимому на-глаз послесвечению, порядка допустимого в практике осциллографирования и в телевидении. Длительное послесвечение уверенно улавливается глазом, и спад основной яркости (80—90%) протекает за промежуток времени больше 0,1 сек. Термины фосфоресценция и спонтанное послесвечение использованы в книге только в тех случаях, когда описываемое явление безусловно удовлетворяет перечисленным выше требованиям. [c.175]

Наличие глубоких изменений в люминофоре при электронной бомбардировке было подмечено ещё Круксом [46]. Как было указано в историческом обзоре, он отметил существование как временных, так и необратимых процессов, которые имеют место в любом материале, не исключая и лучших сортов алмаза. Позже эффект был отмечен на случаях возникновения очень типичной окраски галоидных солей щелочных металлов [19]. В дальнейшем изменение окраски при низких температурах было изучено на галоидных солях а.ммопия [101, 102, 103] и в широком ряду других соединений [193]. Механизм окрашивания щелочно-галоидных солей с исчерпывающей полнотой установлен в работах геттингенской школы Поля и лёг в основу наших представлений о природе процессов выгорания ) в катодолюминесценции. [c.251]

В пользу общности механизма фото- и катодолюминесценции наиболее наглядно свидетельствует спектральный состав излучения. Глубокое сходство его при обоих видах возбуждения часто граничит с тождеством. С точки зрения изложенной выше энергетической модели такое сходство вполне понятно. Поведение электрона в полосе проводимости не зависит от его предистории. При обоих способах подвода энергии, как показывают наблюдения, спектр излучения не зависит от особенностей возбуждения или его мощности. Это свидетельствует, что излучение или по крайней мере его большая часть происходит не из того энергетического состояния, в котором оказывается люминофор в момент возбуждения. Существует некоторый фиксированный уровень энергии в системе, с которого нормально может произойти излучение. В неактивированных люминофорах, каждая молекула которых люми-несцентно-способна, излучающие энергетические переходы определены энергетическим спектром отдельного атома или молекулы. Конфигурация этого спектра вряд ли может существенно зависеть от способа подвода энергии к материалу. Тоже самое справедливо для люминофоров, активированных марганцем, хромом, редкими землями и др. В кристаллолюминофорах с серебром, медью или цинком в качестве активатора, в случае полной ионизации, граничным уровнем излучения служит нижняя граница полосы проводимости, на которую падает возбуждённый [c.303]

Наблюдения по сходству спектров катодолюминесценции с излучением при остальных видах возбуждения довольно многочисленны, но менее строги, чем в случае действия света. Для катодо- и анодолюминесценции идентичность спектрального состава установлена ещё Арнольдом [13, 14] и Шмидтом [262] на свечении активированных марганцем сульфатов магния, кальция и кадмия. Шмидт [263, стр. 112] отметил большое разрушающее действие анодных лучей на люминофор, затруднявшее сравнение спектров. В анодолюминесценции передатчиками энергии люминофору служат заряженные и незаряженные частицы газа, с достаточно большой скоростью бомбардирующие экран. Для очень быстрых а-частиц (радиолюминесценция), проникающих в виллемит, например, до глубины 0,02 А/м [246], сходство спектров с эффектом от катодных лучей и света также очень взлико. На основании полного сходства всех видов свечения по цвету часто прямо говорят о единстве механизма радио-, фото- и катодолюлшнесцет-(Ии [232, стр. 141]. [c.306]

В связи с пониженным участием фосфоресценции для катодного возбуждения характерно малое влияние инфракрасных лучей на затухание. Количественная оценка гашения и световспышки затруднена малой величиной послесвечения. Поставленные в этом направлении опыты позволяют делать только качественные заключения а) влияние инфракрасных лучей на высвечивание катодолюминофоров значительно меньше наблюдаемого в фотолюминесценции Ь) отсутствует заметная разница в длине волны, вызывающей соответствующие эффекты при фото- и катодовозбуждении с) независимо от длины волны облучения, в катодолюминесценции эффект гашения всегда преобладает над вспышкой. Первую особенность необходимо поставить в прямую связь с малым участием фосфоресценции при электронном возбуждении. Второе из сделанных заключений показывает общность механизма действия инфракрасных лучей в возбуждённом светом и электронами кристалле. Третья особенность специфична для катодолюминесценции и находит, быть [c.319]

Поведение светоотдачи в зависимости от температуры, концентрации активатора, различных подстановок в решётке и т. д. очень сходно при возбуждении люминесценции светом и электронами. Это заставляет относить разницу в кпд обоих процессов к особенностям электронного возбуждения. Сточки зрения механизма, однако, пониженную отдачу катодолюминесценции вряд ли можно рассматривать как результат своеобразного поведения электрона Б качестве передатчика энергии, понижающего вероятность оптических переходов в кристалле. Против этого свидетельствует высокая отдача многих люминофоров при возбуждении коротким ультрафиолетом, когда основными возбудителями свечения служат также электроны. Это в одинаковой Л1ере справедливо в отношении действия а-лучей. При возбуждении а-лучами величина отдачи активированного медью сульфида цинка определена в 80% [320]. Хотя эта величина сомнительна, но значительно ближе к случаям возбуждения люминесценции светом, чем прямой электронной бомбардировкой. По существу, при действии а-частиц в качестве возбуждающих агентов в люминофоре возникают такие же каскады вторичных электронов с постепенно убывающими скоростями, какие имеют место при непосредственной бомбардировке материала электронами больших скоростей. В силу общности процесса торможения вероятность возникновешя возбуждённых состояний в обоих случаях вряд Л1 может быть очень различной. [c.328]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология