Спектроскопия конденсированного состояния

Механизм возбуждения импульсной катодолюминесценции церия в иттрий-алюминиевом гранате

В. И. Соломонов, В. В. Лисенков, А. В. Спирина, А. С. Макарова

Институт электрофизики УрО РАН, Екатеринбург, Россия

Аннотация: Исследована импульсная катодолюминесценция иона церия в керамических образцах иттрий-алюминиевого граната с содержанием оксида церия 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 и 5.0 at.%. Эти образцы облучались в воздухе при комнатной температуре электронным пучком длительностью 2 ns со средней энергией электронов 170 keV и плотностью тока 130 A/cm$^2$, позволяющим моделировать внешнее ионизирующее излучение для сцинтилляторов. Люминесценция наблюдалась на широкой полосе при 570 nm $d$–$f$-перехода иона Ce$^{3+}$ и на широкой полосе при 350 nm, обусловленной рекомбинацией автолокализованного экситона. Центр полосы люминесценции церия сдвигается в длинноволновую область с ростом содержания оксида церия. Обнаружено, что затухание интенсивности полосы церия, измеренное для каждой концентрации на длине волны 570 nm, характеризуется двумя максимумами в наносекундном ($t_{m1}\approx$ 3 ns) и микросекундном ($t_{m2}\approx$ 1.3 $\mu$s) интервалах времени. Показано, что первый максимум образуется за счет возбуждения $d$-уровней Ce$^{3+}$ вторичными электронами, генерируемыми электронами пучка, и спонтанного излучения с характерным временем $\tau_s$ = 100 $\pm$ 10 ns. Второй максимум возникает при образовании возбужденного Ce$^{3+}$ в процессе рекомбинации ионов Ce$^{2+}$ и Ce$^{4+}$, созданных электронным пучком. После второго максимума затухание интенсивности полосы описывается гиперболическим законом с характерным временем 30–75 $\mu$s в зависимости от содержания ионов церия, причем светосумма этой рекомбинационной люминесценции составляет 60% от общей светосуммы люминесценции полосы. Спад интенсивности полосы при 350 nm носит монотонный характер, и время затухания люминесценции составляет 63.7 ns для образца с содержанием оксида церия 0.1 at.% и порядка 10.5 ns для образцов с содержанием оксида церия 0.5–5 at.%.

Ключевые слова: импульсная катодолюминесценция, церий, иттрий-алюминиевый гранат, кинетика, разгорание, затухание, характерные времена.

Поступила в редакцию: 25.12.2024
Исправленный вариант: 25.12.2024
Принята в печать: 06.02.2025

DOI: 10.61011/OS.2025.02.59965.6934-24

Реферативные базы данных:

•