Kasutaja:Karro1996/Katoodluminestsents

Katoodluminestsents on üks luminestsentsi liikidest. Tegu on optilise ja elektromagneetilise fenomeniga, mis avaldub elektronide voo ja aine kokkupõrkel tekkiva helendusena. Katoodluminestsents tekib, kui luminestseeruvat materjali tabavad elektronid, mis interakteeruvad ainega ja põhjustavad footnite väljumise ainest. Kui väljuva valguse lainepikkus jääb nähtava spektri piirkonda, siis on võimalik seda ka silmaga näha. Katoodluminestsents on pöördefekt fotoelektrilisele efektile, kus kasutatakse valgust, et lüüa ainest välja elektrone.

Kuidas katoodluminestsents töötab[muuda | muuda lähteteksti]

Pooljuhis tekib luminestsents juhul kui juhtivustsooni elektron ühineb valentstsooni auguga. Selle ühinemise tulemusena tekkinud energia kiiratakse footonina. Kiiratud footoni energia ja värv ning tõenäosus, et kiirati footon mitte foonon, sõltub materjalist, selle puhtusest ja defektidest. Esmalt tuleb elektron valentstsoonist juhtivustsooni ergastada, mis tähendab, et peame talle andma energiat juurde. Katoodluminestsentsi korral saavutame elektronide ergastamise, kui juhime kõrge energiaga elektronkiire pooljuhile. Elektronkiires olevad primaarsed elektronid ise kannavad liiga palju energiat, et otse pooljuhis olevaid elektrone ergastada. Selle asemel toimub pooljuhi kristallis mitteelastne hajumine, mis viib sekundaarsete elektronide, Augeri elektronide ja röntgenkiirguse tekkeni, mis omakorda hajuvad. Sellise hajumise tulemusena tekib igast primaarsest elektronist 10³ sekundaarset elektroni. ^[1] Sekundaarsed elektronid suudavad ergastada valentstsoonis olevaid elektrone nii, et need liiguvad edasi juhtivustsooni juhul, kui sekundaarsete elektronide energia on kolm korda suurem materjali keelutsooni laiusest $(E_{kin}\approx 3E_{g})$ . ^[2] Üleliigne energia muundatakse foononiteks ning soojendab seega kristallvõre. Elektronkiirega ergastamise eelis on, et materjali keelutsooni laius ei ole piiratud peale langeva valguse energiaga nagu see on fotoluminestsentsi korral. Seega võime katoodluminestsentsi korral pooljuhina kasutada peaaegu iga mittemetalli - klassikalised pooljuhid, isolaatorid, mineraalid, klaasid.

Mikroskoopia[muuda | muuda lähteteksti]

Geoloogias, mineroloogias ja materjaliteaduses kasutatakse skanneerivat elektronmikroskoopi koos kotoodluminestsentsi detektori või optilise katoodluminestsentsmikroskoobiga, et uurida pooljuhtide, kivide, keraamika, klaasi jne sisestruktuuri ning materjali kvaliteeti.

Katoodluminestsents skanneerivas elektronmikroskoobis[muuda | muuda lähteteksti]

Kasutusvõimalused[muuda | muuda lähteteksti]

Lisaks sellele, et keelutsooni laius mõnes pooljuhtis, näiteks GaAs või GaN, on lihtsasti ületatav elektronkiire abil ergastamisega, võime katoodluminestsentsi esile kutsuda ka teisejärgulistes pooljuhtides, näiteks räni. Vaadeldes tavalise räni ning defektse räni kristalli luminestsentsi märkame erinevust, mida saame ära kasutada, kui otsime vigu integreeritud vooluahelates.

Katoodluminestsentsi kasutatakse ka materjali pinnapealsete plasmonite resonantsi uurimisel metallilistes nanoosakestes. ^[3] Metalli nanoosakeste pinna plasmonid võivad valgust kiirata või neelata, kuid antud protsess on erinev pooljuhtides toimuvast. Samuti on katoodluminestsentsi ära kasutatud, et kaardistada lokaalset pinget tasapinnalistes dielektrilistes fotoonikalistes kristallides ja nanostruktuurides. ^[4]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

↑ Mitsui, T; Sekiguchi, T; Fujita, D; Koguchi, N. (2005). "Comparison between electron beam and near-field light on the luminescence excitation of GaAs/AlGaAs semiconductor quantum dots". Jpn. J. Appl. Phys. 44: 1820–1824. Bibcode:2005JaJAP..44.1820M. DOI:10.1143/JJAP.44.1820.{{cite journal}}: CS1 hooldus: kasutab parameetrit autorid (link)
↑ Klein, C. A. (1968). "Bandgap dependence and related features of radiation ionization energies in semiconductors". J. Appl. Phys. 39: 2029–2038. Bibcode:1968JAP....39.2029K. DOI:10.1063/1.1656484.
↑ García de Abajo, F. J. (2010). "Optical excitations in electron microscopy". Reviews of Modern Physics. 82: 209–275. arXiv:0903.1669. Bibcode:2010RvMP...82..209G. DOI:10.1103/RevModPhys.82.209.
↑ Sapienza, R.;Coenen, R.; Renger, J.; Kuttge, M.; van Hulst, N. F.; Polman, A (2012). "Deep-subwavelength imaging of the modal dispersion of light". Nature Materials. 11: 781–787. Bibcode:2012NatMa..11..781S. DOI:10.1038/nmat3402. PMID 22902895.{{cite journal}}: CS1 hooldus: kasutab parameetrit autorid (link)

[1] Mitsui, T; Sekiguchi, T; Fujita, D; Koguchi, N. (2005). "Comparison between electron beam and near-field light on the luminescence excitation of GaAs/AlGaAs semiconductor quantum dots". Jpn. J. Appl. Phys. 44: 1820–1824. Bibcode:2005JaJAP..44.1820M. DOI:10.1143/JJAP.44.1820.{{cite journal}}: CS1 hooldus: kasutab parameetrit autorid (link)

[2] Klein, C. A. (1968). "Bandgap dependence and related features of radiation ionization energies in semiconductors". J. Appl. Phys. 39: 2029–2038. Bibcode:1968JAP....39.2029K. DOI:10.1063/1.1656484.

[3] García de Abajo, F. J. (2010). "Optical excitations in electron microscopy". Reviews of Modern Physics. 82: 209–275. arXiv:0903.1669. Bibcode:2010RvMP...82..209G. DOI:10.1103/RevModPhys.82.209.

[4] Sapienza, R.;Coenen, R.; Renger, J.; Kuttge, M.; van Hulst, N. F.; Polman, A (2012). "Deep-subwavelength imaging of the modal dispersion of light". Nature Materials. 11: 781–787. Bibcode:2012NatMa..11..781S. DOI:10.1038/nmat3402. PMID 22902895.{{cite journal}}: CS1 hooldus: kasutab parameetrit autorid (link)

[1]

[2]

[3]

[4]