ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДА КАЛЬЦИЯ, АКТИВИРОВАННОГО ЕВРОПИЕМ

Герасимова Наталья Владимировна

Научный руководитель: зав. каф. опт. и спектр-ии, д. ф.-м. наук проф. Михайлин В.В.

Московский Государственный Университет, г.Москва, Россия

Кристаллофосфоры на основе щелочноземельных сульфидов находят применение в рентгеновских экранах и электролюминесцентных дисплеях, как дозиметры, особенно при детектировании ультрафилетового излучения, как детекторы инфракрасного излучения, в лазерах и т.д. В последнее время возобновился интерес к щелочноземельным сульфидам вследствие новых перспективных применений этих материалов, таких как хранение оптической информации (например, в цифровой фотографии и компактных дисках).

В данной работе исследовались порошкообразные образцы CaS:Eu, полученные методом восстановления сульфата кальция в токе водорода; концентрация европия составила 0,16% (образец 1) и 0,32% (образец 2). В щелочноземельных сульфидах европий присутствует как в двухвалентном, так и втрехвалентном состоянии: соотношение Eu2+/Eu3+ составило 0.299 для образца 1 и 0.235 для образца 2.

Для данных образцов были получены спектры свечения и возбуждения люминесценции в области энергий до 5 эВ при комнатной температуре и при температуре жидкого азота.

В спектрах свечения присутствует единственная полоса свечения с максимумом около 1.93эВ (рис.1), которая соответствует внутрицентровому свечению ионов Eu2+ в решетке CaS [разрешенный переход 4f6(7F0)5d(T2g) ® 4f7 (8S7/2)]. При комнатной температуре с увеличением концентрации европия максимум полосы сдвигается в длинноволновую сторону, что, как правило, объясняют образованием комплексных центров свечения при высокой концентрации активатора [A. N. Gruzintsev, S. V. Demishev, T. V. Nikiforova The influence of complex luminescence centers on the luminescent properties of CaS:Eu – Physica Status Solidi (b), Vol. 161, Iss.2, p. 705-710 (1990)]. Однако при 80К форма линии и положение максимума для образцов с различной концентрацией европия практически совпадают, что, по-видимому, можно объяснить неэлементарностью полосы свечения. При температуре жидкого азота на высокоэнергетическом крыле полосы свечения слабо проявилась фононная структура.

В спектре возбуждения люминесценции (рис.2) можно выделить два участка: 2.3-3эВ и 3-5 эВ. С ростом температуры относительная интенсивность низкоэнергетического участка, представляющего собой широкую полосу с максимумом около 2,6 эВ с ярко выраженной фононной структурой, растет. Данная полоса соответствует переходу на нижний штарковский уровень расщепленной в кубическом поле кристалла 5d-конфигурации иона Eu2+: 4f7® 4f6(7FJ)5d(T2g), J=0,1,…,6.

Высокоэнергетическую область в спектре возбуждения (с макси-мумом около 4,6 эВ) обычно приписывают переходам на верхний штарковский уровень 5d-конфигурации иона Eu2+: 4f7® 4f6(7FJ)5d(Eg).

Однако, необходимо учитывать, что в области около 4,6 эВ в CaS начинаются непрямые переходы [Михайлин В.В., Спектроскопия широко-щелевых кристаллофосфоров с применением синхротронного излучения - Дисс. - докт. физ.-мат. наук, М.,1989 г.2].

В области энергий 3-4,4 эВ наблюдаются 4 полосы с максимумами при 3.24 эВ, 3.8 эВ, 4.0 эВ, 4.25 эВ. Относительная интенсивность этих полос растет с повышением концентрации европия. Так как росту концентрации европия соответствует рост относительной концентрации ионов Eu3+, то, по-видимому, в механизме возбуждения в этой области участвуют ионы Eu3+. Резонансный механизм передачи энергии Eu2+ центрам от Eu3+ центров был предложен в работе [M. Pham-Thi Valence state of Europium in CaS prepared using alkaline polysulfide flux – Japanese Jounal of Applied Physics, Part 1, Vol. 31, No 9A, p. 2811-2815 (1992)]. Настоящая работа позволяет предложить как непосредственное возбуждение Eu2+ (в области энергий до 3 эВ), так и возбуждение Eu3+ с последующей передачей энергии ионам Eu2+ (в области 3-4,4 эВ).

e-mail: asf@asf.e-burg.ru