Để giải thớch cho sự hỡnh thành hiện tượng TL ta cú thể sử dụng mụ hỡnh cỏc mức năng lượng định xứ trong vựng cấm (mức năng lượng siờu bền nằm trong vựng cấm – như đó trỡnh bày ở phần II). Trong sơ đồ vựng năng lượng hỡnh 3.2.1, cỏc mức nằm giữa đỏy vựng dẫn và mức Fermi cú xu hướng bắt cỏc điện tử được gọi là bẫy điện tử T, cỏc mức nằm trờn đỉnh vựng hoỏ trị và dưới mức Fermi cú xu hướng bắt cỏc lỗ trống được gọi là tõm tỏi hợp R. (hay bẫy lỗ trống).
Khi vật liệu TL được chiếu xạ, thỡ một số cỏc điện tử thay đổi trạng thỏi và chỳng cú thể di chuyển tự do bờn trong tinh thể. Cỏc khuyết tật trong mạng tinh thể làm xuất hiện cỏc mức năng lượng siờu bền định xứ trong vựng cấm (mức định xứ). Khi thay đổi trạng thỏi cỏc điện tử chuyển lờn vựng dẫn và sau đú tham gia tỏi hợp với lỗ trống hoặc cú thể bị bắt ở cỏc bẫy. Tuỳ theo độ sõu của bẫy mà thời gian lưu lại của cỏc điện tử trờn bẫy cú thể ngắn, dài hay vĩnh viễn trờn bẫy đú. Đồng thời, với quỏ trỡnh trờn là sự xuất hiện cỏc lỗ trống trong vựng hoỏ trị và cũng giống như
điện tử, cỏc lỗ trống đú cú thể tham gia tỏi hợp ngay với điện tử hoặc bị bắt ở cỏc mức năng lượng định xứ nằm gần đỉnh vựng hoỏ trị. Quỏ trỡnh bắt điện tử trờn bẫy được mụ tả như hỡnh 3.2.1a.
Trong trường hợp cỏc điện tử bị bắt tại cỏc bẫy khỏ sõu T sự tỏi hợp xảy ra chỉ khi cỏc điện tử này hấp thụ đủ năng lượng (trong hiện tượng TL đú là sự đốt núng), để giải phúng trở lại vựng dẫn tham gia tỏi hợp với lỗ trống và giải phúng năng lượng bằng cỏch phỏt ra bức xạ ỏnh sỏng. Đú chớnh là bức xạ TL thu được, quỏ trỡnh được mụ tả như hỡnh 3.2.1b.
Xỏc suất giải phúng điện tử khỏi bẫy là:
− = = − kT E s p τ 1 exp (3.1)
trong đú: τ gọi là thời gian sống; s là hệ số tần số (theo mụ hỡnh đơn giản thỡ nú là hằng số); E là độ sõu của bẫy (khoảng cỏch từ bẫy đến đỏy vựng dẫn); k là hằng số Boltzmann; T là nhiệt độ tuyệt đối.
Từ biểu thức (3.1) ta thấy, khi T tăng thỡ xỏc suất p cũng tăng theo. Quỏ trỡnh đốt núng làm cho cỏc điện tử bị bắt được giải phúng tham gia tỏi hợp. Sau khi đạt cực đại, mức độ tỏi hợp sẽ suy giảm nhanh chúng do cỏc điện tử được giải phúng
Chiếu xạ Bức xạ
Hỡnh 3.2.1. Mụ hỡnh đơn giản quỏ trỡnh nhiệt phỏt quang
: Lỗ trống : Điện tử Vựng dẫn Vựng hoỏ trị Đốt núng
a) Quỏ trỡnh chiếu xạ b) Quỏ trỡnh đốt núng
T E
R
E
T
giảm dần, dẫn đến sự hỡnh thành một cực đại phỏt quang, đú chớnh là đỉnh của đường TL.
Cường độ nhiệt phỏt quang I(t) ở thời điểm bất kỳ trong khi nung núng tỉ lệ với tốc độ tỏi hợp của điện tử vựng dẫn với lỗ trống ở mức R. Nếu m là mật độ lỗ trống bị bắt ở R thỡ: dt dm t I( )≈ − (3.2)
Khi nhiệt độ tăng, cỏc điện tử được giải phúng, sự tỏi hợp làm giảm mật độ lỗ trống bị bắt và làm tăng cường độ TL. Khi điện tử trờn bẫy đó bị trống, tốc độ tỏi hợp giảm đi do đú cường độ TL giảm. Chớnh điều này sinh ra đỉnh TL đặc trưng.
Bởi vỡ xỏc suất giải phúng điện tử khỏi bẫy liờn quan đến độ sõu của bẫy và nhiệt độ trong biểu thức (3.1), nờn đỉnh TL xuất hiện trờn khoảng nhiệt độ liờn quan đến độ sõu của bẫy. Thực tế, vị trớ cực đại phỏt quang trong đỉnh TL được sử dụng để xỏc định E và s.
Xột giới hạn chuyển dời cho phộp của mụ hỡnh một tõm một bẫy.
Giả thuyết rằng mật độ điện tử tự do trong vựng dẫn là chuẩn dừng và tại thời điểm ban đầu rất nhỏ (tức nco≈ 0), cú nghĩa là điện tử được giải phúng từ bẫy chưa bao giờ được tớch lũy trờn vựng dẫn trong quỏ trỡnh cưỡng bức nhiệt.
Cường độ nhiệt phỏt quang được định nghĩa bằng tốc độ suy giảm mật độ điện tử bị bắt hoặc tốc độ suy giảm mật độ tõm tỏi hợp trong quỏ trỡnh đốt núng.
3.3. Phương phỏp phõn tớch động học TL[1][3][5]
Cú rất nhiều phương phỏp phõn tớch động học TL khỏc nhau được đưa ra bởi nhiều tỏc giả để tớnh E, s, b.