发光物理学 课件 11分立发光中心1

由原子核内部电子构成的能级叫芯能级（corelevel）。与价电子相对应。第11章分立中心发光11.1发光中心(1)某些半导体只有通过掺杂才能获得高效发光（ZnS:Cu)(2)半导体带间跃迁只能产生一种发光颜色，掺杂可获得多种颜色（ZnS:Re）发光中心是指半导体中杂质或杂质与缺陷形成的复合体，在其中进行辐射复合，产生特征发光。发光中心可理解为“类-受主态”，可能处于带隙中靠近价带的位置，也可能处于带价以下芯能级位置。发光中心在晶格中并不是孤立的，受周围基质晶格离子的影响不同，发光中心的能级状态不同。分为分立中心和复合中心。过渡元素是指元素周期表中d区的一系列金属元素，又称过渡金属。一般来说，这一区域包括3到12一共十个族的元素，但不包括f区的内过渡元素。“过渡元素”这一名词首先由门捷列夫提出，用于指代第VIII族元素。他认为从碱金属到锰族是一个“周期”，铜族到卤素又是一个周期，那么夹在两个周期之间的元素就一定有过渡的性质。这个词虽然还在使用，但已失去了原意。过渡金属元素的一个周期称为一个过渡系，第4、5、6周期的元素分别属于第一、二、三过渡系。innertransitionelements最后填充f电子、其外电子层构型为(n-2)f1~14(n-1)d0~2ns2的f区元素(fblockelements)。具有完全相同的最外层和次外层电子结构。包括镧系元素和锕系元素[锕(Ac)、钍(Th)、镤(Pa)、铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、镄(Fm)、钔(Md)、锘(No)、铹(Lr)]。他们各单独排成一横行，在化学元素周期表下方。周期表中58~71号元素叫做4f内过渡元素，90~103号元素叫做5f内过渡元素元素周期表元素分区示意图S区包括第一、二主族的全部元素。P区包括第三主族到第七主族，再加上零族的元素。D区包括第三到第七副族的元素（除掉镧系元素和锕系元素）加上第八族的元素。DS区包括一、二副族的元素。复合发光中心(RecombinationCenter)发光中心外层电子受晶场作用很大，被激发后会进入导带，产生光电导。电子和空穴通过这类中心复合发光，但发光的光谱中心的能级结构受到晶格显著影响。发光的光谱主要决定于整个晶体的能谱，杂质起微扰的作用。表现于共价性强的半导体中的发光。11.2晶场作用发光中心的能级劈裂（2）（Oh：正八面体场）11.3三价稀土离子用量子理论研究光同原子或原子核的相互作用，发现原子或原子核由于能级之间的跃迁可以发射或吸收光子。在这些跃迁中有一种类似于经典电磁理论中偶极子发射电磁波的情形，例如它们都具有柱对称性。这种跃迁称为偶极子跃迁。偶极子跃迁又分为电偶极子跃迁和磁偶极子跃迁两种。电偶极子跃迁是原子或原子核发射或吸收光子过程中最重要的一种跃迁。电偶极子电偶极子（electricdipole）是两个等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征用电偶极矩p=ql描述，其中l是两点电荷之间的距离，l和p的方向规定由－q指向+q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转，使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩，故简称电矩。如果外电场不均匀，除受力矩外，电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正(positive)、负(negative)点电荷产生的电场之矢量和。磁偶极子磁偶极子是类比电偶极子而建立的物理模型。具有等值异号的两个点磁荷构成的系统称为磁偶极子。比如，一根小磁针就可以视为一个磁偶极子。地磁场也可以看作是由磁偶极子产生的场。磁偶极子受到力矩的作用会发生转动，只有当力矩为零时，磁偶极子才会处于平衡状态。利用这个道理，可以进行磁场的测量。但由于没有发现单独存在的磁单极子，故我们将一个载有电流的圆形回路作为磁偶极子的模型。偶极子跃迁的概述图Eu2+在几种晶体中的发光光谱11.4具有3d电子的离子发光---主要来自一些过渡金属离子（Oh：正八面体场）693.4nm11.5上转换与量子裁剪发光---激发态吸收引起的上转换发光材料量子裁剪材料量子裁剪，是指荧光材料每吸收一个大能量光子就会放出两个小能量光子的物理现象，其理论量子产率为200%。碱金属卤化物中负离子空位俘获一个电子所形成的一种典型色心。将碱卤晶体在碱金属的蒸汽中加热，然后使之骤冷到室温，原本透明的晶体就会出现颜色：NaCl变成淡黄色，KCl变为紫色，LiF变为粉红色等等，这个过程称为增色过程。在增色过程中，碱金属原子扩散进入晶体，并以一价离子形式占据了晶体的正离子格点；同时晶体中出现了负离子空位，这个负离子空位可以捕获一个电子，形成色心，即F心。将碱卤晶体在碱金属的蒸汽中加热，然后使之骤冷到室温，原本透明的晶体就会出现颜色：NaCl变成淡黄色，KCl