Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 22 - Lysmekanismen vid luminescens, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Lysmekanismen
vid luminescens
535.37
Som ljuskälla kan man bl.a. utnyttja
lumine-scensstrålning. Denna beror på det strålande
ämnets inre byggnad, och ljuset har ett
spektrum, bestående av linjer eller band vilkas
lägen bara i mindre grad beror på temperaturen.
I allmänhet avtar luminescensen i styrka med
stigande temperatur, och den framträder
därför bäst vid eller under rumstemperatur.
Luminescensen uppstår bl.a. genom
omvandling av antingen ultraviolett strålning eller
elenergi till synligt ljus. Den förra processen,
fotoluminescens, utnyttjas i lysrören (Tekn. T.
1951 s. 573, 803); den senare, som kallas
elek-troluminescens (Tekn. T. 1951 s. 922),
befinner sig ännu i utvecklingsstadiet men har
redan fått vissa speciella tillämpningar. Dessa
energiomvandlingar utförs med vissa ämnen,
kallade kristallfosforer eller lysämnen, vilka
består av ett grundmaterial och en eller flera
aktivatorer. Fastän det förra inte saknar
betydelse, är dock de senare bestämmande för
lys-ämnets funktion.
På empirisk väg har man kommit långt i
konsten att framställa kristallfosforer som ger
högt ljusutbyte. Ännu vet man emellertid så
litet om mekanismen vid
energiomvandlingarna i dem att man inte på teoretisk grund kan
säga hur en fosfor skall vara sammansatt för
att den skall ge ett visst resultat. Man har
emellertid genom modeller försökt åskådliggöra de
processer genom vilka luminescensen uppstår.
Dessa föreställningar om luminescensens
mekanism skall här beskrivas i förenklad form.
Perfekta kristaller
För isolerade atomers elektroner finns diskreta
energitillstånd, energinivåer, i Bohrs
atommodell representerade av elektronbanornas
energiinnehåll. Mellan dessa energitillstånd finns
Fig. 1.
Energi-nivådiagram för
en perfekt
na-triumklorid-kristall; El
normalt tomt
ledningsband, Ey
normalt fyllt
valensband.
Kurvorna anger [-potentialfördelningen.-]
{+potentialför-
delningen.+}
energivärden som ingen elektron kan anta.
Därför måste elektronernas energiändringar
ske språngvis. En elektron, som har det lägsta
för den möjliga energivärdet, sägs vara i sitt
grundtillstånd. En atom är i sitt grundtillstånd
när alla dessa elektroner har minsta möjliga
energivärden. En elektron eller en atom, som
på något sätt givits mer energi än som
motsvarar dess grundtillstånd, sägs vara exciterad. f
En elektrons energi kan sålunda ökas till en
högre nivå genom absorption av ett visst
minimum av energi i form av t.ex. värme eller mera
kortvågig elektromagnetisk vågrörelse. Om
elektronens energi sedan återgår till sin
ursprungliga nivå, avges energiöverskottet igen
som elektromagnetisk vågrörelse. Om
energisprånget är tillräckligt stort utsänds härvid
synligt ljus när de yttre, lösast bundna
elektronerna, valenselektronerna, byter nivå. När de
innersta fastast bundna elektronernas energi
ändras från en högre till en lägre nivå utsänds
röntgenstrålar.
Om atomerna ingår i ett perfekt kristallgitter,
påverkar de varandra så att var och en av
elektronernas energinivåer spjälkas upp i ett
antal nära varandra liggande nivåer som bildar
grupper eller energiband. Dessa är skilda åt
av områden med förbjudna energivärden, dvs.
värden som ingen elektron i detta fall kan
anta. Energibanden anses sträcka sig genom
hela kristallen, dvs. vissa tillåtna energivärden
gäller för ett bestämt antal elektroner,
oberoende av till vilka atomer i kristallen de hör.
Enligt kvantteorin kan bara två elektroner
(med motsatta spin) befinna sig på varje
energinivå eller, som man något felaktigt brukar
säga, varje nivå kan innehålla bara två
elektroner. Ett band, bestående av N nivåer, kan
alltså innehålla högst 2N elektroner och sägs
då vara fyllt. Detta uttryckssätt innebär alltså
att ett så stort antal som möjligt av
elektronerna i kristallen har de energivärden som
ingår i energibandet.
Energibandens bredd växer, och de förbjudna
energivärdena mellan dem, energigapen, avtar
när man går mot högre energinivåer (fig. 1).
Det översta av de fyllda banden i en normalt
icke elledande kristall, t.ex. en
natriumklorid-kristall, kallas valensbandet, och det nedersta
av de normalt tomma banden är
ledningsbandet. I ett fyllt band kan ingen elektrontransport
ske och naturligtvis inte heller i ett
fullständigt tomt band. Elektroner som på något sätt
givits ett så stort energitillskott att de "lyfts
upp till" det normalt tomma ledningsbandet,
har emellertid så stor rörelsefrihet att de kan
transportera elenergi.
I valensbandet uppstår då tomma platser, hål,
vilka fungerar som positiva enhetsladdningar.
De kan nämligen vandra liksom elektroner
genom att de fylls av närbelägna elektroner som
i sin tur lämnar hål på andra platser i
kristallen. Exciterade elektroner och tillhörande hål
kallas med en gemensam term excitoner; när
de är rörliga kallas de laddningsbärare.
TEKNISK TIDSKRIFT 1958 5 79
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
