Vật liệu có tính chất nhiệt phát quang thích hợp sẽ đƣợc ứng dụng làm liều kế để đo liều bức xạ, để lựa chọn một vật liệu sử dụng làm liều kế cần nghiên cứu chi tiết nhiều t[r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
Trần Đình Hùng
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NHIỆT PHÁT QUANG
CỦA K2GdF5:Tb TRONG ĐO LIỀU BỨC XẠ HẠT NHÂN
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
(2)BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
Trần Đình Hùng
NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH NHIỆT PHÁT QUANG
CỦA K2GdF5:Tb TRONG ĐO LIỀU BỨC XẠ HẠT NHÂN
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 8520401
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hà Xuân Vinh
(3)LỜI CAM ĐOAN
Luận văn công trình nghiên cứu cá nhân tơi, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học TS Hà Xuân Vinh Các số liệu, kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn hồn tồn trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan
Học viên
(4)LỜI CẢM ƠN
Trong trình học tập thực luận văn nhận đƣợc giúp đỡ, bảo nhiệt tình thầy cô giáo quản lý giảng dạy lớp Vật lý kỹ thuật – 2018 Nha Trang Học Viện Khoa học Công nghệ Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Đặc biệt, xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Hà Xuân Vinh- Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Nha Trang, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ kiến thức, tài liệu phƣơng pháp để tơi hồn thành đề tài nghiên cứu
Tôi xin chân thành cảm ơn: - Học Viện Khoa học Công nghệ
- Sở Giáo dục Đào tạo Khánh Hòa, Lãnh đạo trƣờng THPT Huỳnh Thúc Kháng quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập nghiên cứu
- Bên cạnh giúp đỡ gia đình, bạn bè ngƣời thân ủng hộ tạo điều kiện tốt để tơi tập trung nghiên cứu hồn thành đề tài
(5)DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung Trang
Bảng 1.1 Sự phụ thuộc τ vào E t 12
Bảng 3.1 Sự phụ thuộc nhiệt độ đỉnh, cƣờng độ đỉnh vào tốc độ gia nhiệt
42
(6)DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Nội dung Trang
Hình 1.1 Mơ hình đơn giản nhiệt phát quang gồm mức điện tử lỗ trống
11
Hình 1.2 Đƣờng cong nhiệt phát quang động học bậc 15 Hình 1.3 Đƣờng cong nhiệt phát quang động học bậc 15 Hình 1.4 Các đƣờng cong nhiệt phát quang bậc tổng quát với giá trị b khác
16
Hình 1.5 Sự phụ thuộc đƣờng cong nhiệt phát quang theo tốc độ gia nhiệt
19
Hình 1.6 Sự thay đổi nhiệt độ Tm thay đổi tốc độ gia nhiệt
20
Hình 2.1 Chuẩn bị liều kế 23
Hình 2.2 Khn đong mẫu 23
Hình 2.3 Khay chứa mẫu máy TLD 3500 24
Hình 2.4 Nguồn gamma 60
Co 25
Hình 2.5 Nguồn beta 90
Sr 25
Hình 2.6 Nguồn neutron 241
Am-Be 26
Hình 2.7 Thiết kế liều chiếu 26
Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ đo đƣờng cong nhiệt phát quang 27
(7)Hình 2.10 Mẫu khay đo máy TLD 3500 30 Hình 2.11 Dạng đƣờng cong nhiệt phát quang K2GdF5:Tb
với liều gamma
34
Hình 2.12 Đƣờng cong nhiệt phát quang máy đọc liều 35
Hình 2.13 Đƣờng cong K2GdF5:Tb 10% với β = °C/s 36
Hình 2.14 Đƣờng cong K2GdF5:Tb 10% với β = °C/s 36
Hình 2.15 Đƣờng cong K2GdF5:Tb 10% với β = °C/s 37
Hình 2.16 Bức xạ hồng ngoại đo nhiệt phát quang 38
Hình 2.17 Đặt kính lọc quang máy TLD 3500 38
Hình 2.18 Các loại kính lọc quang 39
Hình 2.19 Đƣờng cong TL K2GdF5:Tb 2% qua kính lọc quang
39
Hình 3.1 Các đƣờng cong mẫu nghiên cứu 42
Hình 3.2 Ảnh hƣởng nồng độ Tb lên đƣờng cong nhiệt phát quang chiếu xạ beta
44
Hình 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ Tb lên đƣờng cong nhiệt phát quang chiếu xạ neutron
45
Hình 3.4 Kết đo mẫu CaSO4:Dy 47
Hình 3.5 Kết đo mẫu K2GdF5:Tb 10% 47
Hình 3.6 Đƣờng cong nhiệt phát quang mẫu K2GdF5:Tb với liều chiếu gamma khác
(8)Hình 3.7 Đáp ứng tuyến tính đƣờng cong nhiệt phát quang với liều chiếu gamma
50
Hình 3.8 Đáp ứng tuyến tính đƣờng cong nhiệt phát quang với liều chiếu beta
51
Hình 3.9 Đáp ứng tuyến tính đƣờng cong nhiệt phát quang với liều chiếu neutron
52
Hình 3.10 .Dạng đƣờng cong nhiệt phát quang mẫu K2GdF5:Tb CaSO4:Dy với nguồn chiếu neutron
54
Hình 3.11 Dạng đƣờng cong nhiệt phát quang mẫu K2GdF5:Tb CaSO4:Dy với nguồn chiếu beta
55
Hình 3.12 Đồ thị nhiệt độ theo thời gian 57
(9)1
MỤC LỤC
Nội dung Trang
LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 LÝ THUYẾT NHIỆT PHÁT QUANG
1.1.1 Khái niệm tượng nhiệt phát quang 1.1.2 Giải thích tượng nhiệt phát quang 10 1.1.3 Các phư ng trình ộng học nhiệt phát quang 13
1.2 ĐO LIỀU THEO PHƢƠNG PHÁP NHIỆT PHÁT QUANG 17
1.2.1 Đo liều phóng xạ 17
1.2.2 Tính tuổi khảo cổ 17
1.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NHIỆT PHÁT QUANG
17
1.3.1 Các nguồn xạ hạt nhân 17
(10)2
1.3.3 Ảnh hưởng loại xạ lên ường cong nhiệt phát quang
20
1.3.4 Yêu cầu áp ứng liều tuyến tính vật liệu làm liều kế
21
CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 23
2.1 PHƢƠNG PHÁP ĐO LIỀU 23
2.1.1 Chuẩn bị mẫu 23
2.1.2 Chiếu mẫu 25
2.1.3 Cài ặt máy ọc liều Harshaw TLD 3500 27
2.1.4 Cài ặt thơng số o liều theo chư ng trình WinRems
28
2.1.5 Đo ường cong nhiệt phát quang 29
2.1.6 Xuất số liệu từ chư ng trình Winrems 30 2.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng ến kết o liều 31
2.2 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÙNG LÀM LIỀU KẾ 32
2.2.1 Tính chất nhiệt phát quang liều kế K2GdF5:Tb 32
2.2.2 Tính tốn áp ứng liều 33
2.3 THAY ĐỔI CÁC CHẾ ĐỘ ĐO ĐỂ XÁC ĐỊNH QUY TRÌNH ĐO CHO VẬT LIỆU
35
2.3.1 Nghiên cứu tính ồng dạng ường cong nhiệt phát quang với liều chiếu khác
(11)3
2.3.2 Ảnh hưởng tốc ộ gia nhiệt 36
2.3.3.Ảnh hưởng kính lọc quang 37
CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41
3.1 PHÂN TÍCH ĐƢỜNG CONG NHIỆT PHÁT QUANG 41
3.1.1 Phân tích ường cong nhiệt phát quang 41 3.1.2 Sự phụ thuộc vào tốc ộ gia nhiệt 43 3.2 ĐÁP ỨNG NHIỆT PHÁT QUANG CỦA K2GdF5:Tb TRÊN
CÁC NGUỒN CHIẾU
44
3.2.1 Kết ảnh hưởng nồng ộ pha tạp lên ường cong nhiệt phát quang
44
3.2.1.1 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp chiếu beta 44
3.2.1.2 Ảnh hưởng nồng độ pha tạp chiếu neutron 45
3.2.1.3.So sánh độ nhạy K2GdF5:Tb CaSO4:Dy 46
3.2.2 Đáp ứng nhiệt phát quang ối với liều chiếu 48
3.2.2.1 Đáp ứng với liều chiếu gamma 48
3.2.2.2 Đáp ứng với liều chiếu beta 50
3.2.2.3 Đáp ứng với liều chiếu neutron 51
3.3 CÁC ĐẶC TÍNH ĐO LIỀU CỦA K2GdF5:Tb 55
3.3.1.Nghiên cứu suy giảm cường ộ nhiệt phát quang theo thời gian
55
(12)4
3.3.3 Xây dựng ường chuẩn 54
KẾT LUẬN CHUNG 61
(13)5
MỞ ĐẦU Lý chọn ề tài
Các xạ hạt nhân đƣợc ứng dụng rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật, sản xuất, đời sống xã hội Tại sở có sử dụng đến nguồn xạ hạt nhân nhƣ: nhà máy điện hạt nhân, phịng thí nghiệm hạt nhân, sở y tế, trung tâm chiếu xạ bảo quản thực phẩm,… tồn xạ hạt nhân Các xạ ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng sức khỏe ngƣời khơng đƣợc kiểm sốt tốt Do đó, để đảm bảo an tồn sức khỏe cho ngƣời sử dụng mơi trƣờng ln cần kiểm tra đo liều xạ, đảm bảo ngƣỡng an tồn Có nhiều phƣơng pháp đo liều phóng xạ, kĩ thuật đo liều theo ngun lí nhiệt phát quang đƣợc áp dụng đạt hiệu cao
Phƣơng pháp nhiệt phát quang (Thermo luminescense) đƣợc ứng dụng rộng rãi đo liều xạ lĩnh vực nhƣ đo liều xạ trị, đo liều môi trƣờng nghiên cứu vật liệu Những vật liệu đo liều có nhƣ CaSO4:Dy; LiF:Mg,Ti nhạy với xạ gamma, nhiên độ nhạy chúng với loại xạ beta neutron thấp Các nghiên cứu đo liều tia beta neutron ít, loại liều kế đo liều beta, neutron chƣa xác định đƣợc loại vật liệu dùng làm liều kế Các nguồn neutron đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ nghiên cứu vật liệu, phản ứng hạt nhân, xạ trị… yêu cầu liều kế có độ nhạy cao tin cậy đo liều xạ hạt nhân cần thiết
Các nghiên cứu gần cho thấy, số hợp chất fluoride pha tạp đất có độ nhạy nhiệt phát quang cao Vì vậy, hợp chất fluoride gadolinium pha tạp với ion đất vật liệu đầy hứa hẹn nhằm phát triển phƣơng pháp đo liều xạ hạt nhân
Trong đề tài nghiên cứu vật liệu K2GdF5:Tb với nồng độ pha tạp khác Vật liệu có nhiều đặc điểm quan trọng độ hấp thụ neutron Gd cao số nguyên tố tự nhiên, tƣơng tác vật liệu K2GdF5 với chùm neutron mạnh Hơn ion Tb
(14)6
cƣờng độ phát quang cao bƣớc sóng 542 nm, phù hợp với vùng nhạy ống nhân quang điện máy đo liều nhiệt phát quang Ngoài ra, việc truyền lƣợng từ ion Gd3+ sang ion Tb3+ hiệu quả, ion Gd3+ đƣợc kích hoạt nhƣ trung tâm hấp thụ lƣợng ion Tb3+ trung tâm phát quang Các trình làm tăng cƣờng độ nhiệt phát quang vật liệu đo liều neutron
Vật liệu có tính chất nhiệt phát quang thích hợp đƣợc ứng dụng làm liều kế để đo liều xạ, để lựa chọn vật liệu sử dụng làm liều kế cần nghiên cứu chi tiết nhiều tính chất nhiệt phát quang nhƣ: khoảng đo liều, đáp ứng lƣợng, ổn định liều chiếu theo thời gian, tính đẳng hƣớng, ảnh hƣởng môi trƣờng, đáp ứng tuyến tính với liều chiếu Hiện vật liệu CaSO4:Dy liều kế thông dụng vật liệu K2GdF5:Tb đƣợc nghiên cứu cho lĩnh vực đo liều, đặc biệt lĩnh vực đo liều neutron, cần có nghiên cứu so sánh đặc trƣng nhiệt phát quang loại vật liệu
Với yêu cầu chọn đề tài “Nghiên c nh nhiệ h ng c 2GdF5 ng i ức xạ hạ nh n để thực luận văn thạc sĩ chuyên ngành Vật lý kỹ thuật
Mục ích ề tài
Nghiên cứu đƣợc thực với mục đích tìm kiếm vật liệu có đặc tính nhiệt phát quang thích hợp để đo liều neutron Vật liệu K2GdF5:Tb với nồng độ khác đƣợc tổng hợp, sau phân tích phổ phát quang phổ kích thích vật liệu
Đây loại liều kế mới, hƣớng nghiên cứu vật liệu K2GdF5:Tb hƣớng so với loại liều kế gamma truyền thống nhƣ CaSO4:Dy LiF:Mg,Ti, kết đề tài có khả ứng dụng thực ti n
(15)7
thông số đo liều phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo vật liệu, liên quan đến độ đồng mẫu, nồng độ pha tạp tối ƣu Ngoài giá trị đo liều cịn phụ thuộc vào thơng số đo máy đo điều kiện chiếu xạ gamma, beta neutron khác
Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ đọc liều máy đo nhƣ đặt khoảng nhiệt độ đo, nhiệt độ thời gian ủ, tốc độ gia nhiệt, suy giảm giá trị đo liều sau thời gian lƣu trữ Nghiên cứu khối lƣợng tối ƣu vật liệu sử dụng lĩnh vực đo liều khác
Đối tượng phạm vi nghiên cứu
Vật liệu CaSO4:Dy K2GdF5:Tb chế tạo Phòng Vật lý Ứng dụng, Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Các nguồn chiếu xạ gamma, beta, neutron thực Viện Hạt nhân Đà Lạt, Viện Vật lý, Viện Khoa học Vật liệu
Nghiên cứu quy trình đo thiết bị TLD – Reader 3500 cho vật liệu CaSO4:Dy K2GdF5:Tb với nguồn chiếu xạ khác
Nghiên cứu vật liệu K2GdF5:Tb với nồng độ pha tạp khác nhau, thành phần pha tạp khác nhau, kính lọc quang khác tốc độ gia nhiệt khác
Phư ng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp thực nghiệm
+ Đo đƣờng cong nhiệt phát quang (TL glowcurve) CaSO4 K2GdF5 so sánh tính chất nhiệt phát quang vật liệu nhƣ phụ thuộc tính chất vào cấu trúc vật liệu
+ Các mẫu vật liệu đƣợc chiếu xạ trƣờng xạ khác nhƣ: gamma, beta, neutron Sau đo đƣờng cong nhiệt phát quang
(16)8
- Thực chế độ đọc liều khác máy Harshaw TLD 3500, thay đổi tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ ủ (preheat), vùng nhiệt độ, nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian lƣu trữ mẫu lên giá trị đo liều nhằm xác định quy trình đọc liều tối ƣu
- Số liệu đo đƣợc chƣơng trình WINREM theo máy đo Harshaw TLD 3500, cần xây dựng phần mềm xử lý đƣờng cong đo liều, viết chƣơng trình phân tích đỉnh đo liều Xác định cƣờng độ chiếu, nhằm xây dựng đƣờng chuẩn tính tốn liều chiếu trƣờng hợp chiếu xạ khác
Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo luận văn đƣợc chia thành chƣơng:
Chƣơng 1: Trình bày lý thuyết nhiệt phát quang, phƣơng pháp đo liều, nghiên cứu đặc tính đƣờng cong nhiệt phát quang phân tích đƣờng cong thành đỉnh đơn
Chƣơng 2: Quá trình chuẩn bị mẫu, đo đƣờng cong nhiệt phát quang vật liệu Trong phép đo thay đổi nguồn chiếu, thay đổi thành phần pha tạp, thay đổi nồng độ pha tạp Nghiên cứu đáp ứng tuyến tính với liều chiếu
Chƣơng 3: Trình bày kết q trình đo đạc đƣợc tính tốn đƣa ý kiến thảo luận kết thu nhận đƣợc làm sở cho nhận xét, kiến nghị phần kết luận
(17)9
CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 LÝ THUYẾT NHIỆT PHÁT QUANG
1.1.1 Khái niệm tượng nhiệt phát quang
Nhiệt phát quang (Thermo-Stimulated Luminescence hay ngắn gọn Thermo-Luminescence) tƣợng phát xạ ánh sáng bị đốt nóng chất điện mơi đƣợc chiếu xạ trƣớc xạ nhƣ tia X, tia , Cƣờng độ ánh sáng thu đƣợc đốt nóng tỷ lệ với với liều hấp thụ Việc đo đƣờng cong nhiệt phát quang cho phép ta tính đƣợc liều xạ mà vật liệu hấp thụ [1, 2]
Vật liệu nhiệt phát quang vật liệu có khả hấp thụ tích lũy lƣợng ion hóa suốt q trình bị phơi chiếu xạ nhƣ tia X, α, β γ Sau lƣợng đƣợc giải phóng dƣới dạng ánh sáng vật liệu bị đốt nóng
Rất nhiều vật liệu có tính chất nhiệt phát quang nhƣng để ứng dụng đo liều vật liệu cần thỏa mãn yêu cầu khắt khe nhƣ độ nhạy cao, độ tuyến tính cao, độ fading thấp… Trong năm gần đây, giới tập trung nghiên cứu nhiều loại vật liệu khác nhằm tăng cƣờng độ xác việc đo liều xạ phƣơng pháp nhiệt phát quang
Đây tƣợng phổ biến, số vài ngàn khoáng vật tự nhiên biết có 60 % khống vật có hiệu ứng nhiệt phát quang, hiệu ứng đƣợc phát nhiều vật liệu khác, kể tổ chức sống vật liệu tổng hợp nhân tạo
Các đặc điểm tượng nhiệt phát quang:
(18)10
- Vật liệu nhiệt phát quang phải vật liệu cách điện bán dẫn, kim loại khơng có tƣợng nhiệt phát quang
- Nhiệt lƣợng mà ta cung cấp cho vật liệu nung nóng yếu tố kích thích, khơng phải ngun nhân gây phát quang Nguyên nhân gây phát quang vật liệu hấp thụ lƣợng ion hoá từ trƣớc
- Các vật liệu sau đƣợc kích thích nhiệt để phát quang nâng nhiệt lần không phát quang, electron thoát khỏi bẫy Nếu muốn phát quang vật liệu cần chiếu xạ lần
Lƣợng tia phóng xạ tích lũy theo thời gian đƣợc đo đếm dụng cụ nhƣ liều kế nhiệt phát quang (Thermo luminescense Dosimeter - TLD) phim (Film Badge)
Trên giới, nhiệt phát quang phƣơng pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi từ lâu nhiều lĩnh vực khác nhƣ đo liều xạ trị, đo liều môi trƣờng, đo liều xác định tuổi khảo cổ Tại Việt Nam, khoảng mƣời năm gần đây, Viện lƣợng nguyên tử Việt Nam nghiên cứu chế tạo liều kế nhiệt phát quang làm dịch vụ đo liều cá nhân Nhiệt phát quang tƣợng phát quang xảy đốt nóng vật liệu bị chiếu xạ trƣớc loại xạ ion hóa nhƣ tia X, tia , Cƣờng độ ánh sáng thu đƣợc đốt nóng tỷ lệ với với liều hấp thụ [1, 5]
Nhƣ vậy, tƣợng nhiệt phát quang vật liệu liên quan đến hai trình vật lý trình hình thành khuyết tật mạng tinh thể đóng vai trò bẫy tâm tái hợp vật liệu q trình tích lũy điện tích bẫy chiếu xạ trình tái hợp điện tử - lỗ trống cƣỡng nhiệt phát quang
1.1.2 Giải thích tượng nhiệt phát quang
(19)11
(nghĩa chƣa bị chiếm điện tử) gọi vùng dẫn; vùng dẫn tách khỏi vùng hóa trị khe lƣợng Eg gọi vùng cấm
Tuy nhiên, mạng tinh thể có sai hỏng cấu trúc có tạp chất (gọi chung sai hỏng), sai hỏng tạo số mức lƣợng nằm bên vùng cấm
Hãy xét mơ hình nhiệt phát quang đơn giản có hai mức lƣợng vùng cấm hình 1.1 Mức T (Trap) nằm phía mức Fermi (EF) cân trạng thái trƣớc mẫu bị chiếu xạ mức hồn tồn bị trống Mức T có khả bắt điện tử vùng dẫn, nên bẫy điện tử Mức R (Recombination), gọi tâm tái hợp có khả bắt lỗ trống vùng hóa trị bẫy lỗ trống đồng thời lại có khả bắt điện tử từ vùng dẫn Nói cách khác, điện tử tự vùng dẫn tái hợp với lỗ trống bị bắt mức R Các trình chuyển dời vật liệu TL theo mơ hình đơn giản gồm: (1) kích thích tạo electron lỗ trống; (2) bẫy điện tử bẫy lỗ trống; (3) giải phóng điện tử khỏi bẫy cƣỡng nhiệt; (4) tái hợp phát xạ Trong trình tái hợp, lƣợng đƣợc giải phóng dƣới dạng xạ sóng điện từ (photon)
Vùng dẫn
Vùng hóa trị
EF
R
T
E
1 2
2
3
4 Eg
(20)12
Sự hấp thụ xạ với lƣợng h > Eg gây ion hóa điện tử hóa trị, tạo điện tử tự vùng dẫn lỗ trống tự vùng hóa trị (chuyển dời 1, hình 1.2) Các hạt tải tự tái hợp với bị bắt bẫy
Trong trƣờng hợp điện tử lỗ trống tự tái hợp trực tiếp, lƣợng đƣợc giải phóng dƣới dạng xạ sóng điện từ (photon) Cũng xảy trƣờng hợp phần lƣợng đƣợc giải phóng đƣợc dùng để kích thích tâm huỳnh quang (tâm trùng với tâm tái hợp) Tâm huỳnh quang hồi phục (trở trạng thái bản) cách phát xạ ánh sáng
Tuy nhiên, chất bán dẫn điện môi hạt tải điện bị bẫy mức lƣợng vùng cấm: điện tử bị bẫy bẫy T lỗ trống bị bẫy tâm tái hợp R chuyển dời (2) hình 1.2 Xác suất p tính đơn vị thời gian để giải phóng điện tử khỏi bẫy nhiệt độ T tuân theo phƣơng trình Arrhenius [11]
1
exp E
p s
kT
(1.1)
Với E độ sâu bẫy hay lƣợng cần thiết để giải phóng điện tử từ bẫy lên vùng dẫn (hình 1.1), T nhiệt độ tuyệt đối,k = 8,61710-5 eV/K số Boltzmann Số hạng s đƣợc gọi thừa số tần số tần số thốt, mơ hình đơn giản, s đƣợc xem số (không phụ thuộc nhiệt độ) với giá trị vào bậc tần số dao động mạng, nghĩa vào khoảng 1010 1014 s-1 Với s = 1010 s-1 phụ thuộc thời gian sống điện tử bẩy theo E t thể bảng 1.1
Bảng 1.1 Sự phụ thuộc vào E t [11]
E (eV)
t °C
-40 20 100 200 300
0.75 13 ngày 9,1 phút 0,94 s 9,7 ms 270 s