КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕ́НЦИЯ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕ́НЦИЯ, люминесценция, возникающая при возбуждении вещества потоками электронов, ускоренных внешним электрич. полем. Обнаружена в сер. 19 в. ещё до открытия электрона; пучки электронов, называемые в то время катодными лучами, вызывали свечение стеклянных стенок вакуумированных трубок; это свечение назвали К. Как физич. явление его первым начал изучать У. Крукс в 1870-х гг. В 20 в. К. стала широко применяться для визуализации потоков электронов и создаваемых ими изображений в электронно-лучевых приборах и устройствах разл. назначения (напр., в экранах телевизоров).
К., как и др. типы люминесценции, обладает инерционностью послесвечения, температурным и др. видами тушения, спектром свечения, характерным для данного вещества, и т. п. Вместе с тем она обладает специфич. свойствами, связанными с особенностями многоэтапного преобразования кинетич. энергии электрона в энергию излучения, при котором происходит значит. потеря энергии. Часто наблюдается нелинейная зависимость яркости свечения от ускоряющего напряжения электрич. поля и плотности тока.
Способностью к К. в видимой, ИК или УФ областях спектра обладают в той или иной степени мн. природные синтетич. вещества: чистые или легированные полупроводники и диэлектрики, в т. ч. стёкла, молекулярные кристаллы, растворы и даже инертные газы в твёрдом состоянии. Наибольшей эффективностью преобразования энергии возбуждения (ок. 20–25%) обладают некоторые поликристаллич. кристаллофосфоры с рекомбинационным механизмом свечения – катодолюминофоры.
При К. преобразование энергии электронов проходит неск. последовательных стадий. Возбуждающий электрон за время порядка 10–14 с производит первичную ионизацию атомов (ионов) осн. вещества люминофора с образованием пары электрон – дырка, что даёт начало каскадной ионизации атомов вторичными и последующими электронами, если их энергия для этого достаточна. Процесс «размножения» элементарных возбуждений совершается в течение времени порядка 10–12 с; к этому времени кинетич. энергия электронов становится меньше энергии, необходимой для ионизации атомов. К. происходит при рекомбинации электронов и дырок, которые, мигрируя, могут захватываться центрами свечения.
Вследствие тепловых потерь кпд К. в принципе не может превышать 30–40%. Дополнит. потери энергии возникают при отражении первичных электронов поверхностью люминофора, приобретении ею отрицательного заряда, а также вследствие безызлучательной рекомбинации на разл. дефектах кристаллич. структуры люминофора, концентрация которых особенно велика в приповерхностном (т. н. мёртвом) слое люминофора толщиной ок. 0,1 мкм.
В разл. катодолюминесцентных экранах используют катодолюминофоры, обладающие разл. цветом и инерционностью свечения. Так, в качестве компонентов экранов чёрно-белых и цветных телевизоров обычно используют цинк-кадмийсульфидные кристаллофосфоры, активированные ионами серебра и меди. Изменяя состав основания кристаллофосфоров и условия их синтеза, добиваются перекрывания всего видимого спектра и длительности послесвечения короче зрительного восприятия. Катодолюминофоры совр. цветных телеэкранов часто активируют ионами редкоземельных металлов (напр., основание Y2O2S, активированное ионами Eu3+, создаёт красную компоненту цветного изображения).
К. используется также в неразрушающем микроанализе полупроводников и диэлектриков.