Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) часть 1)

поглощения. Это свойство существенно при исследовании широкозонных материалов с шириной зоны более 6 эВ (вакуумный ультрафиолет) — диэлектриков. С другой стороны при катодолюминесценции невозможно селективно возбуждать полосы излучения, что бывает очень важно при исследовании их природы. Изменение энергии электронов, возбуждающих катодолюминесценцию, влияет на плотность возбуждения и на размер области генерации катодолюминесценции. Механизм возбуждения катодолюминесценции не меняется, поскольку даже если энергия электронов равна 1 кэВ, она все равно на два порядка превышает ширину запрещенной зоны любого твердого тела. В нашей лаборатории катодолюминесцентные исследования проводятся на электронно-зондовом микроанализаторе “CAMEBAX”, оснащенном оптическими спектрометрами. Также данный прибор оснащен четырьмя рентгеновскими спектрометрами, что значительно расширяет его возможности. Рассмотрим ряд преимуществ данной методики. 1. Возможность исследования оптических переходов, для возбуждения которых необходима энергия выше 6 эВ (область вакуумного ультрафиолета). Как правило, это существенно для широкозонных материалов (диэлектриков), у которых собственное излучение имеет очень большой стоксовый сдвиг и проявляется в ближнем ультрафиолете и видимой области, но возбуждается только в полосе собственного поглощения. Это излучение, как правило, связанно с автолокализованными экситонами или дырками. Это касается и ряда собственных дефектов и примесей, энергетические уровни которых находятся в верхней части запрещенной зоны и для возбуждения которых требуется энергия более 6 эВ. Например, в иттрий-алюминиевом гранате, активированном неодимом, при возбуждении электронным пучком возможно наблюдать переходы с 2F 5/2 уровня в синем и ультрафиолетовом диапазоне (рис. 1) [1]. со >; 'сос CD О wavelength, nm Рис. 1. КЛ спектр иттрий-алюминиевого граната с примесью Nd3+. На вставке указана схема энергетических переходов 2. В используемом электронно-зондовом микроанализаторе имеется возможность изменять удельную мощность возбуждения образца на несколько порядков за счет изменения тока электронного пучка и его диаметра. Это позволяет изучать нелинейные эффекты, связанные с высокой плотностью заселения возбужденных уровней. В случае, когда время затухания люминесцентного уровня порядка 0,1 мс превышает это значение, возможно наблюдать насыщение интенсивности катодолюминесценции при увеличении плотности мощности возбуждения. Зная интенсивность люминесценции уровня при насыщении и его время жизни, можно определить содержание люминесцирующих центров в образце. Такие исследования были проведены для иттрий- алюминиевого граната с примесью Eu3+ [2], ортосиликата иттрия Y2SiO5с примесью Ce3+и Tb3+[3]. Также данная методика применима для определения содержания люминесцентных центров, связанных с точечными дефектами, в широкозонных материалах, таких как нитрид галлия и диоксид кремния [4, 5]. На рис. 2 приведены зависимости интенсивности полос катодолюминесценции от плотности тока электронного пучка. Видно, что для уровней тербия наблюдается насыщение интенсивности люминесценции при увеличении плотности тока электронного пучка, тогда как для уровня церия насыщение не наблюдается из-за времени жизни порядка 60 нс. 41