1、1第五章第五章 雜質和缺陷態光譜雜質和缺陷態光譜v離子晶體的離子晶體的F中心及其吸收與發射光譜中心及其吸收與發射光譜v位形坐標模型位形坐標模型v分立中心的吸收與發光分立中心的吸收與發光*v導帶（或價帶）到雜質中心之間的躍遷導帶（或價帶）到雜質中心之間的躍遷v施主施主-受主對聯合中心的吸收與發光受主對聯合中心的吸收與發光v等電子雜質中心的吸收與發射等電子雜質中心的吸收與發射*2固體中可能的躍遷固體中可能的躍遷1.2-帶間躍遷帶間躍遷; 3-帶帶-施主施主(受主受主)間的躍遷間的躍遷; 4-施主施主-受主對躍遷受主對躍遷; 5-復合中心間的躍遷復合中心間的躍遷; 6-分立中心內部的躍遷分立中心內部

2、的躍遷; 7-多聲子弛預過程多聲子弛預過程; 8-Auger 過程過程3v離子晶體的離子晶體的F心及其吸收與發射光譜心及其吸收與發射光譜F 心心：由堿鹵晶體中一個負離子：由堿鹵晶體中一個負離子空位和一個束縛電子空位和一個束縛電子(1)電子陷阱；電子陷阱；(2)獲得：過量堿金屬蒸氣加熱處理等；獲得：過量堿金屬蒸氣加熱處理等；(3)無色透明無色透明呈現顏色呈現顏色: NaCl (Na蒸氣加熱處理蒸氣加熱處理)黃色黃色 KCl (K蒸氣加熱處理蒸氣加熱處理)藍色藍色*其它色心：其它色心：V心：由一個正離子空位和一個束縛空穴，起空穴陷阱作用心：由一個正離子空位和一個束縛空穴，起空穴陷阱作用M心：由兩個

3、相臨的心：由兩個相臨的F心構成心構成R 心：由三個相臨的心：由三個相臨的F心構成心構成+ + + + +4KBr晶體晶體 F 心的吸收與發射光譜的特點：心的吸收與發射光譜的特點：(1)吸收與發射間的吸收與發射間的Stokes頻移；頻移；(2)帶狀光譜；帶狀光譜；(3)T ，峰位紅移；，峰位紅移；(4)T ，譜帶加寬；，譜帶加寬；(5)T ，強度降低。，強度降低。5- + - + - + - + - + + - + + -+ - + - + - + - +- + - + - + - + -+ - + - + - + - +- + - + - + - + - + + - + + -+ - + -

4、+ - + - +- + - + - + - + -+ - + - + - + - +F心基態心基態F心激發態心激發態F心基態與激發態示意圖心基態與激發態示意圖F 心的光躍遷要考慮心的光躍遷要考慮電子躍遷電子躍遷和和晶格弛豫晶格弛豫過程過程6v位形坐標模型位形坐標模型位形坐標：位形坐標： 電子與晶格振動的總能量與離子平電子與晶格振動的總能量與離子平均位置的關系，采用簡諧近似模型均位置的關系，采用簡諧近似模型 電子與聲子的相互作用電子與聲子的相互作用 電子與聲子的相互作用能，即晶格電子與聲子的相互作用能，即晶格弛豫能為弛豫能為 晶格弛豫能所折合的聲子數為晶格弛豫能所折合的聲子數為 (黃昆因子黃昆

5、因子)201()2Ek RR 位形坐標模型與吸收和位形坐標模型與吸收和光發射過程示意圖光發射過程示意圖epqEmRRrR22001()()2 Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量UUg(R)Ue(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1qpsmR221()2R可表示電子與聲子作用的強弱可表示電子與聲子作用的強弱7弗蘭克弗蘭克-康登康登(Franck-Condon)原理原理Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量UU

6、g(R)Ue(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1R0A: 光吸收過程；光吸收過程；AB: 晶格弛豫過程，晶格弛豫過程， B的位置與晶格溫度有關的位置與晶格溫度有關BC: 光子發射過程；光子發射過程；CR0: 晶格弛豫過程；晶格弛豫過程；l光吸收與光發射的光吸收與光發射的Stokes頻移頻移 從激發到發射，電子經歷兩次與離子晶格的作用，從激發到發射，電子經歷兩次與離子晶格的作用，發射聲子散失能量，結果產生發射聲子散失能量，結果產生Stokes頻移。頻移。 由于躍遷時間由于躍遷時間晶格弛豫晶格弛豫時間，電子豎直躍遷時間，電子豎直躍遷8l吸收光與發射光的譜線增寬吸收光與發射光的譜線增寬Ug(

7、R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量Ue(R)UUg(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1吸收吸收發射發射振動能級的基態與激發振動能級的基態與激發態的波函數態的波函數Rv=0v=nUR09l發射光譜的線型發射光譜的線型Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量UUg(R)Ue(R)RR0r0 rABCDFEv1u0v0u1r0、 0：BC過程的發光頻率過程的發光頻率 r 、 ：DE過程的發光頻率過程的發光頻率 則發射光

8、譜的半寬與激發則發射光譜的半寬與激發態離子的位形差（態離子的位形差（CEF）gR remR remgU gk RdU grrdRdU gdRk r2000001( )2( )()()( )() 利利用用另，另，B、D點振子出現的幾率為點振子出現的幾率為eemvrrWrrCCaa22200()exp () exp () 發光強度發光強度emgIWak r a222002220()()exp () exp () 高斯分布高斯分布10l吸收與發射光譜的溫度關系吸收與發射光譜的溫度關系溫度對吸收譜的影響溫度對吸收譜的影響：溫度升高，體系處于基態溫度升高，體系處于基態中較高振動能級中較高振動能級u結果：

9、譜線進一步加寬；結果：譜線進一步加寬； 譜線紅移譜線紅移UUg(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量溫度對發射譜的影響溫度對發射譜的影響：溫度升高，體系處于激發溫度升高，體系處于激發態中較高振動能級態中較高振動能級v結果：譜線進一步加寬；結果：譜線進一步加寬； 譜線紅移譜線紅移 強度減弱強度減弱?emBemk TT01 2 2 2位位形形差差( () )振振子子能能量量（）另另與實驗結果一致！與實驗結果一致！11l發射光譜的溫度猝滅發射光譜的溫度猝滅Ug(R)：電子處于基態時的系統能量：電子處于基態時的系統能量Ue(R)：電子處于激發態時的系統能量：電子處于激發態時的系統能量UUg(R)Ue(R)RR0r0ABCDFEv1u0v0u1v=v 若溫度升高，使體若溫度升高，使體系處于激發態中振動系處于激發態中振動能級能級v以上，激發態電以上，激發態電子可無輻射地到達基子可無輻射地到達基態，再經晶格馳豫回態，再經晶格馳豫回到基