分立發(fā)光中心-課件

第6章分立發(fā)光中心1ppt課件第6章分立發(fā)光中心1ppt課件1某些半導體只有通過摻雜才能獲得高效發(fā)光（ZnS:Cu)2半導體帶間躍只能產(chǎn)生一種發(fā)光顏色，摻雜可獲得多種顏色(ZnS:Re)發(fā)光中心是指半導體中雜質(zhì)或雜質(zhì)與缺陷形成的復合體，其中進行輻射復合，產(chǎn)生特征發(fā)光。2ppt課件1某些半導體只有通過摻雜才能獲得高效發(fā)光（ZnS:Cu)發(fā)光中心分類根據(jù)激發(fā)的電子是否進入導帶劃分1、分立發(fā)光中心——激發(fā)的電子不會離開發(fā)光中心2、復合發(fā)光中心——激發(fā)的電子離開發(fā)光中心，進入導帶激發(fā)的電子可以不和晶格共有，對晶體的導電性沒有貢獻周圍晶格離子對發(fā)光中心只起次要的、也就是微擾的作用受到晶格的影響較?。▎蝹€離子，如Re3+）作為發(fā)光中心的主要部分，能級結構基本保留自由離子的情況有的受的影響大一些（離子團，如：WO42-、ZnSiO4:Mn中的Mn2+）中心的發(fā)射光譜和自由離子不一樣在考慮了周圍離子的作用后，還能找出對應的關系電子即使處于激發(fā)態(tài)，也不會離開中心。分立發(fā)光中心分立中心特點3ppt課件發(fā)光中心分類根據(jù)激發(fā)的電子是否進入導帶劃分1、分立發(fā)光中復合發(fā)光中心激發(fā)后電子就會進入導帶產(chǎn)生光電導發(fā)光的光譜和激活劑的能級結構基本沒有什么關系（與激活劑離子的光譜（支）項無關），離子僅起雜質(zhì)能級的作用電子和空穴通過這類中心復合發(fā)光發(fā)光的光譜主要取決于整個晶體的能譜，雜質(zhì)起微擾作用下一章介紹大多數(shù)熒光粉屬于分立發(fā)光中心發(fā)光，分立發(fā)光中心離子的種類也很多4ppt課件復合發(fā)光中心激發(fā)后電子就會進入導帶下一章介紹大多數(shù)熒光粉5ppt課件5ppt課件6.1、

晶格振動對電子躍遷的影響6ppt課件6.1、晶格振動對電子躍遷的影響6ppt課件7ppt課件7ppt課件8ppt課件8ppt課件9ppt課件9ppt課件發(fā)光中心周圍離子所產(chǎn)生的靜電場，通常稱為晶體場，簡稱為晶場6.2、晶體場考慮p1電子處于D4h晶場中的情況六個離子對px和py態(tài)電子的排斥情況一樣但對pz態(tài)電子的排斥情況不同px和py態(tài)電子能量一樣，增大多一些pz態(tài)電子能量增大小一些p1電子的能量不再是簡并化的分裂為兩組——能級劈裂晶體場可導致簡并能級劈裂結論10ppt課件發(fā)光中心周圍離子所產(chǎn)生的靜電場，通常稱為晶體場，簡稱為晶場611ppt課件11ppt課件12ppt課件12ppt課件13ppt課件13ppt課件14ppt課件14ppt課件15ppt課件15ppt課件16ppt課件16ppt課件17ppt課件17ppt課件18ppt課件18ppt課件6.3過渡金屬離子19ppt課件6.3過渡金屬離子19ppt課件20ppt課件20ppt課件d1電子組態(tài)的晶場劈裂過渡金屬離子光學躍遷的光譜位置受晶體場的強度影響顯著21ppt課件d1電子組態(tài)的晶場劈裂過渡金屬離子光學躍遷的光譜位置受晶體場Ti3+（3d1）離子在水溶液中的吸收光譜過渡金屬離子的光譜1）d1組態(tài)2T2→2E躍遷能級差等于晶體場分裂能宇稱禁戒的躍遷，吸收弱，顏色淺Ti3+在近紅外區(qū)發(fā)生2E→2T2的寬帶發(fā)射（鈦—藍寶石激光器）22ppt課件Ti3+（3d1）離子在水溶液中的吸收光譜過渡金屬離子的光譜d3電子組態(tài)的晶場劈裂23ppt課件d3電子組態(tài)的晶場劈裂23ppt課件2）d3組態(tài)基態(tài)能級為4A2滿足?S=0的躍遷為Cr3+，3d3在氧化物中的吸收光譜低強度吸收（宇稱禁戒）在Al2O3:Cr3+中躍遷發(fā)射來自于2E→4A2激發(fā)態(tài)壽命為幾個毫秒24ppt課件2）d3組態(tài)基態(tài)能級為4A2Cr3+，3d3在氧化物中的吸收d5電子組態(tài)的晶場劈裂25ppt課件d5電子組態(tài)的晶場劈裂25ppt課件MnF2的吸收光譜3）d5組態(tài)基態(tài)能級6A1所有的光吸收躍遷都既是宇稱禁戒的又是自旋禁戒的譜帶的寬度是由于振動的偶合而引起的發(fā)射對應于4T1→6A1寬帶波長取決于基質(zhì)晶格發(fā)射光顏色從綠到深紅衰減時間為毫秒數(shù)量級晶場的強度因振動不同而異如果激發(fā)態(tài)能級和基態(tài)能級平行，得到窄帶譜反之，就得到寬帶譜。26ppt課件MnF2的吸收光譜3）d5組態(tài)基態(tài)能級6A1所有的光吸收躍遷6.4稀土離子（4fn）鑭系元素（Ln）{元素周期表中從鑭（La）到镥（Lu）的15個元素加上同組（IIIB）的鈧（Sc）和釔（Y）共17個元素稱為稀土元素（RE）電子組態(tài)鑭系元素的電子組態(tài)為1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2簡記為[Xe]4fn5dm6s2（n=0~14，m=0或1）三價鑭系離子（Ln3+）的電子組態(tài)為1s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p6簡記為：[Xe]4fn5s25p6（n=0~14）27ppt課件6.4稀土離子（4fn）鑭系元素（Ln）{元素周期表中從光譜項基態(tài)能級2S+1LJ，當4f電子數(shù)大于7時，J=L+S當4f電子數(shù)小于7時，J=L-S如Eu3+，根據(jù)洪特規(guī)則，能量最低的光譜項為7F，電子數(shù)為6個，小于7，J=L-S=3-3=0，基態(tài)能級為7F0宇稱禁戒（Re2O3通常為白色）線狀光譜，強度低A）4fn組態(tài)內(nèi)躍遷28ppt課件光譜項A）4fn組態(tài)內(nèi)躍遷28ppt課件如果稀土離子沒有處于晶格的反演對稱格位，宇稱禁戒選律就得以部分放寬，在4f能級間就可以發(fā)生電偶極子躍遷受迫電偶極躍遷?J=0，±2，±4，…（J=0→J=0禁戒）?J=0，±2（J=0→J=0禁戒）超靈敏受迫電偶極躍遷29ppt課件如果稀土離子沒有處于晶格的反演對稱格位，宇稱禁戒選律就得以部Re3+稀土熒光粉的激發(fā)Y2O3:Eu的吸收光譜（激發(fā)光譜）基質(zhì)吸收Re3+

(4f)吸收電荷遷移躍遷吸收4f-5d躍遷吸收30ppt課件Re3+稀土熒光粉的激發(fā)Y2O3:Eu的吸收光譜（激發(fā)光譜）Y2O2S:Eu中Eu3+的4f態(tài)和電荷遷移態(tài)電荷遷移態(tài)通過無輻射躍遷途徑向4f激發(fā)態(tài)提供粒子，然后由4f的激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)而發(fā)光31ppt課件Y2O2S:Eu中Eu3+的4f態(tài)和電荷遷移態(tài)電荷遷移態(tài)通過32ppt課件32ppt課件稀土離子的4f→5d躍遷和電荷遷移躍遷4f55d允許的電偶極躍遷，壽命短電荷遷移躍遷（CT）4f→5d躍遷Sm3+，Eu3+，Tm3+，Yb3+，和Ce4+，Pr4+，Tb4+，Dy4+，Nd4+Sm2+，Eu2+，Tm2+，Yb2+，和Ce3+，Pr3+，Tb3+33ppt課件稀土離子的4f→5d躍遷和電荷遷移躍遷4f55d允許的電偶極Ce3+在幾種晶體中的發(fā)光光譜帶譜位置差別很大（晶場劈裂）34ppt課件Ce3+在幾種晶體中的發(fā)光光譜帶譜位置差別很大（晶場劈裂）3Eu2+（4f7）在幾種晶體中的發(fā)光光譜改變晶格可改變5d的位置可使Eu2+的發(fā)光位置落在從紅到藍的任何位置如果5d的位置提高，也可能發(fā)生4f→4f線譜35ppt課件Eu2+（4f7）在幾種晶體中的發(fā)光光譜改變晶格可改變5d的在三種不同溫度下(Sr,Eu)B4O7的發(fā)射光譜4.2K35K110K(Sr,Eu)B4O7Eu2+的位形坐標圖36ppt課件在三種不同溫度下(Sr,Eu)B4O7的發(fā)射光譜4.2K35(Sr,Eu)B4O7Eu2+的發(fā)射能級壽命出現(xiàn)4f→5d躍遷發(fā)射后，能級的壽命迅速降低37ppt課件(Sr,Eu)B4O7Eu2+的發(fā)射能級壽命出現(xiàn)4f→5d躍f→d和CTS的規(guī)律電荷遷移帶隨氧化數(shù)增加向低能方向移動，f→d躍遷向高能方向移動四價鑭系離子的最低吸收帶為CT，二價鑭系離子的最低吸收帶為f→df→d躍遷吸收帶半高寬一般較窄，約1000cm-1，CT則一般約為2000cm-1。容易氧化成+4價的Ce3+，Pr3+，Tb3+的f→d躍遷和容易還原成+2價的Eu3+、Yb3+等離子的CTS躍遷吸收能量都低于40000cm-1，可以與4f能級發(fā)生作用導致f-f發(fā)射但f→d躍遷和CT能級若低于4f能級，可以觀察到從這些能級的躍遷發(fā)射如Eu2+

的4fn-15d1→4f7的寬帶躍遷發(fā)射38ppt課件f→d和CTS的規(guī)律38ppt課件6.6稀土離子的無輻射躍遷當激發(fā)態(tài)和基態(tài)間的能量差?E等于或小于4~5倍周圍環(huán)境所能達到的最高振動頻率νmax時，激發(fā)態(tài)的能量同時激發(fā)幾個高能振動，無輻射地返回基態(tài)，進而降低輻射過程多聲子發(fā)射39ppt課件6.6稀土離子的無輻射躍遷當激發(fā)態(tài)和基態(tài)間的能量差?E等40ppt課件40ppt課件41ppt課件41ppt課件42ppt課件42ppt課件Eu3+是否會產(chǎn)生源于5D1的發(fā)射取決于晶格多聲子發(fā)射可以猝滅高能級的發(fā)射Eu3+能級圖Y2O3，有5D1發(fā)射硼酸鹽、硅酸鹽基質(zhì)：5D1發(fā)射很難檢測到43ppt課件Eu3+是否會產(chǎn)生源于5D1的發(fā)射取決于晶格多聲子發(fā)射可以44ppt課件44ppt課件45ppt課件45ppt課件46ppt課件46ppt課件思考題試用位形坐標模型解釋發(fā)光材料發(fā)