КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕ́НЦИЯ

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.