Фотолюмінесцентний матеріал на основі бромистого кадмію

Винахід відноситься до фотолюмінесцентних матеріалів і може використовуватись для регістрації випромінювання азотного лазера. Відомий (Лыскович А.Б., Жеребецкий С.К., Чорний З.П., Пенцак Г.М. Люминесценция кристаллов галоидных соединений кадмия // УФЖ. - 1970. - Т.15. - №7. - С.1100 - 1107) фотолюмінесцентний матеріал CdBr2. Цей матеріал характеризується високим виходом люмінесценції при низьких температурах при збудженні в області 240 - 280нм. Недоліком фотолюмінесцентного матеріалу CdBr2 є те, що він слабо чутливий до випромінювання азотного лазера і характеризується слабкою фотолюмінесценцією при кімнатній температурі. Найбільш близьким по складу до матеріалу, що заявляється, є фотолюмінесцентний матеріал на основі бромистого кадмію, що містить легуючу домішку галогеніда марганцю (MnBr2 або MnCl2 (Лыскович А.Б., Глосковская Н.К., Болеста И.М. и др. Люминесценция кристаллов галоидных соединений кадмия, активированных марганцем // Физическая электроника. - Львов, 1977. - Вып.14. С.33 - 39). Цей фотолюмінесцентний матеріал характеризується високим виходом люмінесценції марганцевих центрів в широкому температурному інтервалі при збудженні світлом в області 260 280нм. Недоліком цього фотоматеріалу є те, що він також малочутливий до випромінювання азотного лазера (l = 337,1нм), оскільки характеризується слабким домішковим поглинанням в області 310 350нм. В основу винаходу поставлено завдання створити шляхом додаткового легування бромистого кадмію, що містить домішку хлористого марганцю, фотолюмінесцентний матеріал, який би мав підвищену чутли вість до дії сві тла в області 310 - 350нм. Вказаний технічний результат досягається тим, що фо толюмінесцентний матеріал на основі бромистого кадмію, що має легуючу домішку хлористого марганцю в кількості 0,5 - 1,5ваг.%, додатково містить легуючу домішку хлористого олова у кількості 0,05 - 2 0ваг.%. Підвищення чутливості CdBr2 : MnCl2 до дії світла азотного лазера досягається завдяки тому, що додаткове легування фотолюмінесцентного матеріалу домішкою SnCl2 призводить до збільшення коефіцієнту поглинання в області 310 350нм, в результаті чого ефективність взаємодії випромінювання азотного лазера з фотолюмінесцентним матеріалом зростає і за рахунок передачі енергії збудження від іонів Sn2+ до іонів Mn2+ збільшується інтенсивність люмінесценції марганцевих центрів з максимумом в області 640 - 670нм. Пониження вмісту MnCl2 в фотолюмінесцентному матеріалі нижче, ніж 0,5ваг.% производить до зменшення інтенсивності фотолюмінесценції з максимумом в області 640 670нм, поскільки зменшується концентрація Mn2+ центрів свічення. Збільшення концентрації MnCl2 вище, ніж 1,5ваг.% призводить до погіршення структури кристалу, що з умовлює гасіння люмінесцентного свічення. Крім того, при значних концентраціях домішки MnCl2 фотолюмінесцентний матеріал стає гігроскопічною структурою. Введення в фотолюмінесцентний матеріал CdBr2 : MnCl2: SnCl2 домішки SnCl2 менше, ніж 0,05ваг.%, призводить до пониження чутливості матеріалу в області 310 - 350нм, поскільки матеріал характеризується слабким поглинанням Sn2+-центрів. Легування фотолюмінесцентного матеріалу домішкою SnCl2 з концентрацією більшою, ніж 2,0ваг.%, приводить до погіршення структури кристалу і відповідно до значних витрат енергії збудження і гасінню люмінесцентного свічення. На фиг.1 наведені спектри фотолюмінесценції при кімнатній температурі кристалів CdBr2 : MnCl2 (крива 1) і CdBr2 : MnCl2, SnCl2 (крива 2); на фіг.2 спектри збудження люмінесценції домішки марганцю в кристалах CdBr2 : MnCl2 (крива 1) і CdBr2 : MnCl2, SnCl2 (крива 2) при кімнатній температурі. Для доведення можливості реалізації винаходу, що заявляється, вирощують кристали CdBr2 : MnCl2, SnCl2 з концентрацією домішок MnCl2 - 0,5 1,5ваг.% і SnCl2 - 0,05 - 2,0ваг.%. Для вирощування кристалів використовують сіль CdBr2 марки "чда", яку додатково очищають методом сублімації і напрямленої кристалізації, У кварцеві ампули з тонко витягнутими кінцями завантажують наважки із загальною масою шихти 40 - 60г. Ампули з ши хтою в процесі нагрівання до температури 230 - 250°C відкачують до тиску ~1 × 10-2торр і запаюють. Після цього ампули розміщують в верхній секції печі росту, де проводять плавлення шихти і витримують розплав при температурі 600 - 620°C на протязі 30 40хв. Потім проводять вирощування кристалів методом Стокбаргера - Бріджмена шляхом опускання ампули з розплавом у нижню секцію печі росту із швидкістю ~2мм/год через температурний градієнт в зоні кристалізації 40 - 60град/см. Після закінчення процесу росту ампули з кристалами охолоджують до кімнатної температури із швидкістю 30 - 50град/год. Потім із ампул дістають кристали і виготовляють із них зразки у вигляді пластин розміром 15 ´ 15 ´ (0,5 - 2,0)мм 3. В процесі дослідження люмінесцентних властивостей отриманих кристалів CdBr2 : MnCl2, SnCl2 і кристалів CdBr2 : MnCl2 при збудженні випромінюванням азотного лазера ЛГИ-21 встановлено, що додаткове легування CdBr2 : MnCl2 домішкою SnCl2 приводить до збільшення інтенсивності фотолюмінесценції кристала в 1,5 5,0 разів. При цьому домішка Sn2+ практично не впливає на спектр випромінювання Mn2+-центрів і при 295К спектри фотолюмінесценції кристалів (фіг.1 крива 1) і CdBr2 : MnCl2 SnCl2 (фіг.1 крива 2) характеризуються смугами з максимумами в області 650 - 660нм. Пониження температури до 85К производить до підвищення інтенсивності фотолюмінесценції кристалів CdBr2 : MnCl2, SnCl 2 на 20 - 40%, при цьому спостерігається зміщення максимуму свічення в довгохвильову область на 10 - 15нм. При дослідженні спектрів збудження люмінесценції марганцю в кристалах встановлено, що додаткове легування CdBr2 : MnCl2 домішкою SnCl2 призводить до ослаблення смуги збудження з максимумом в області 260 - 280нм і підсиленню інтенсивності збудження в області 310 - 370нм (фіг.2). Причому максимальна чутливість фотолюмінесцентного матеріалу в цій області співпадає з довжиною хвилі випромінювання азотного лазера. Запропонований фотолюмінесцентний матеріал характеризується підвищеною чутливістю, оскільки його інтенсивність фотолюмінесценції при збудженні світлом в області 310 - 350нм є в 1,5 - 5,0 рази більшою, ніж в прототипі, при цьому максимальна чутливість фотолюмінесцентного матеріалу в цій області співпадає з довжиною хвилі випромінювання азотного лазера.