Фоточутливий матеріал на основі йодистого кадмію

Реферат: Фоточутливий матеріал на основі йодистого кадмію (CdI2), активованого домішкою міді (CuCl). Крім цього додатково містить домішку МnСl2 при наступному співвідношенні компонентів у вихідній шихті, мол. %: МnСl2 0,10-2,0 CuCl 0,15-2,0 CdI2 решта. UA 90792 U (54) ФОТОЧУТЛИВИЙ МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ ЙОДИСТОГО КАДМІЮ UA 90792 U UA 90792 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до матеріалознавства і стосується фоточутливих матеріалів, що характеризуються деградацією люмінесценції та утворенням видимого зображення процесу експонування, і може бути використана для запису інформації в реальному масштабі часу, а також для дозиметрії ультрафіолетового світла, наприклад випромінювання азотного лазера. Відомий [Михайловская Е.В. Спектральные и фазовые исследования тонкопленочной структуры Ag-PbI2 / Е.В. Михайловская, В.М. Шарий // УФЖ. - 1989. - Т. 33, № 1. - С. 1655-1658.] фоточутливий матеріал у вигляді тонкоплівкової структури Ag-PbI2, інтенсивність люмінесценції якого послаблюється в процесі впливу світла азотного лазера, при цьому в процесі тривалого опромінення фотоактивним світлом спостерігається поява люмінесценції індукованих центрів. Недоліками матеріалу є те, що він слабочутливий і в процесі протікання фотохімічних реакцій послаблення люмінесценції центрів, які характерні для РbІ2, супроводжується + підсиленням люмінесценції індукованих центрів, пов'язаних з Ag . Найближчим за технічною суттю - прототипом є фоточутливий матеріал, у вигляді кристала, отриманий на основі йодистого кадмію з домішкою міді CuCl [Новосад С.С. Вплив фотохімічних перетворень на оптико-спектральні характеристики кристалів йодистого кадмію з домішкою міді / С.С. Новосад // УФЖ. - 2000. - Т. 45, № 11. - С. 1311-1317.]. Забарвлення при 295 К інтегральним світлом ксенонової лампи ДКсЭл-1000 призводить до збільшення оптичного поглинання фоточутливого матеріалу як у ділянці краю фундаментального поглинання, так і в ділянці домішкового поглинання. При цьому на тлі широкого фотоіндукованого фонового поглинання додатково спостерігаються слабкі смуги з максимумами на ділянках 475-485 і 720730 нм. Опромінення зразків при 85 К ультрафіолетовим світлом супроводжується протіканням фотохімічної реакції, в результаті чого зменшується концентрація світлочутливих центрів ˉ + + {[СuCd] -[Сuі] }, при захопленні електронів міжвузловинними іонами міді Cui . Продукти фотолізу є ефективними центрами гасіння рекомбінаційних випромінювальних процесів. Під дією + опромінення з ділянки фоточутливості 330-460 нм фотохімічні реакції в CdI2:Cu з максимальною ефективністю протікають в інтервалі температур 240-260 К, що супроводжується ростом оптичної густини зразків. Фотохімічні перетворення у низькотемпературному інтервалі 100-240 К носять фототермічний характер. Зменшення ефективності фотохімічних реакцій при температурах вище 260 К зумовлене термодифузійними процесами. У спектрі фотолюмінесценції кристала CdI2:CuCl у разі збудження випромінюванням азотного лазера ЛГИ-21 (λ = 337,1 нм) із ділянки власного поглинання при 85 К, крім слабкої смуги 775 нм, спостерігається інтенсивна смуга з максимумом при 575 нм. Під дією лазерного випромінювання при температурі 85 К інтенсивність свічення кристала в смузі 575 нм послаблюється з часом і продовж 6 хв досягає значення приблизно на рівні 25 % від початкової інтенсивності. Фотостимульоване послаблення люмінесценції не супроводжується виникненням люмінесценції нових центрів. Нагрівання кристала CdI2:CuCl від 85 до 295 К призводить до послаблення інтенсивності випромінювання в смузі 575 нм приблизно на два порядки. При температурі 295 К спектр люмінесценції містить слабку широку неелементарну смугу 710 нм. Забарвлення кристала при 295 К світлом з ділянки фоточутливості (330-460 нм) призводить до зменшення низькотемпературної люмінесценції, проте нових смуг, індукованих світлом, у спектрах випромінювання матеріалу не виявлено. Недоліками фоточутливого матеріалу CdI2:CuCl є те, що він має недостатній вихід люмінесценції, може використовуватись у вузькому інтервалі низьких температур (85-150 К) та має незадовільне спектральне узгодження люмінесценції з фотоприймачами на основі кремнію. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити фоточутливий матеріал на основі йодистого кадмію шляхом застосування кристалічного матеріалу з більшим виходом люмінесценції в широкому температурному інтервалі (85-295 К) при збудженні випромінюванням азотного лазера і зміщеним максимумом спектра люмінесценції у довгохвильову ділянку, що дасть змогу покращити спектральне узгодження з фотоприймачами на основі кремнію. Поставлена задача вирішується тим, що фоточутливий матеріал на основі йодистого кадмію, активованого домішкою міді, додатково містить домішку МnСl2 при наступному співвідношенні компонентів у вихідній шихті, мол. %: МnСl2 0,10-2,0 CuCl 0,15-2,0 CdI2 решта. Збільшення виходу люмінесценції фоточутливого матеріалу при збудженні випромінюванням азотного лазера, зміщення максимума спектра люмінесценції у довгохвильову ділянку досягаються за рахунок того, що додаткова активація CdI2:CuCl 2+ домішкою МnСl2 призводить до появи інтенсивної люмінесценції іонів Мn з максимумом на 1 UA 90792 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ділянці 700-730 нм, яка проявляється в широкому температурному інтервалі. Це дає можливість збільшити вихід люмінесценції матеріалу при температурі 85 К у 1,2-1,4 рази, а при 295 К в 3050 разів та отримати більший (приблизно в 1,4 рази) коефіцієнт спектрального узгодження з фотоприймачем на основі кремнію. Введення домішки CuCl у кількості менше 0,15 мол. % призводить до послаблення ефективності протікання фотохімічних реакцій, у результаті чого чутливість матеріалу послаблюється, оскільки гасіння люмінесценції марганцю в процесі опромінення лазером відбувається з меншою ефективністю. Якщо у шихті домішки CuCl більше 2,0 мол. %, то погіршується структура кристала, в результаті чого знижується його люмінесцентна ефективність. Введення домішки МnСl2 в шихту менше 0,10 мол. % призводить до послаблення 2+ люмінесценції матеріалу в результаті зменшення концентрації Мn -центрів. Введення домішки МnСl2 у шихту більше 2,0 мол. % призводить до погіршення структури кристала та зниження його прозорості. Фіг. 1. Спектр люмінесценції фоточутливого матеріалу CdI2:CuCl, MnCl2 при температурах 85 К (1) і 295 К (2). Фіг. 2. Кінетика послаблення люмінесценції фоточутливого матеріалу CdI2:CuCl, MnCl2 у 2+ смузі свічення Мn -центрів у процесі збудження випромінюванням азотного лазера при 85 К (1) і при 295 К (2). Для одержання запропонованого монокристалічного фоточутливого матеріалу готують шихту CdI2 з домішками CuCl (0,15-2,0 мол. %) і МnС12 (0,1-2,0 мол. %) із загальною масою 7080 г. У кварцову ампулу з конічним дном засипають шихту і здійснюють її висушування в умовах -2 -3 вакууму (0,5·10 -8·10 мм рт. ст.) при нагріванні до температури 150-180 °C Потім ампулу запаюють і розміщують її у верхній секції печі росту, де відбувається плавлення шихти і витримування розплаву протягом 20-30 хв при температурі 400-420 °C. Вирощування кристала відбувається за методом Бріджмена-Стокбаргера шляхом пропускання ампули через зону кристалізації при температурному градієнті 30-40 град/см. Після закінчення процесу росту ампулу з кристалом охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю 30-40 град/год. Шляхом сколювання із отриманих монокристалів отримують зразки фоточутливого матеріалу у 3 вигляді плоскопаралельних пластин розміром приблизно 15×15×(0,5-2,0) мм . 2+ Легування CdI2:CuCl ізоморфною домішкою Мn не призводить до істотних змін у світлочутливості матеріалу. У спектрах люмінесценції фоточутливого матеріалу CdI2:CuCl, MnCl2 при температурі 85 К у разі збудження з ділянки фоточутливості, наприклад, випромінюванням азотного лазера, крім слабкого випромінювання у короткохвильовій смузі 595 + 2+ нм, пов'язаної з іонами Сu , проявляється інтенсивне свічення Мn -центрів з максимумом при 730 нм (Фіг. 1, крива 1). При температурі 295 К спектр люмінесценції матеріалу характеризується тільки смугою марганцю 700 нм (Фіг. 1, крива 2). Аналогічне свічення також спостерігається при збудженні матеріалу рентгенівськими квантами. У процесі опромінення при 85 К матеріалу CdI2:CuCl, MnCl2 азотним лазером продовж 5 хв 2+ інтенсивність свічення Мn -центрів у смузі 730 нм послаблюється приблизно до значення 33 % від початкової інтенсивності (Фіг. 2, крива 1). Аналогічне опромінення матеріалу при 295 К призводить до послаблення випромінювання у смузі 700 нм на 63 % (Фіг. 2, крива 2). Фотохімічні перетворення, що відбуваються в CdI2:CuCl, MnCl2, не призводять до виникнення нових центрів свічення, однак утворені при цьому продукти фотолізу є центрами гасіння люмінесценції і пастками для носіїв заряду. Послаблення стаціонарної люмінесценції матеріалу у процесі опромінення фотоактивним світлом також частково зумовлене реабсорбцією люмінесцентного свічення продуктами фотолізу. Відновлення вихідних оптико-люмінесцентних властивостей CdI2:CuCl, MnCl2 досягається шляхом прогріву опромінених зразків матеріалу до 150-180 °C. Перевагами матеріалу, що заявляється у порівнянні з прототипом є те, що він характеризується більш високою люмінесцентною ефективністю в початковий момент дії випромінювання азотного лазера і може використовуватись у більш широкому температурному інтервалі (85-295 К). Матеріал із оптимальною концентрацією домішок доцільно використовувати в інтервалі температур 240-260 К, де фотохімічні перетворення, пов'язані з домішкою міді, відбуваються з максимальною ефективністю і люмінесценція іонів марганцю є більш інтенсивною (на 10-15 %), ніж при 295 К. Фоточутливий матеріал CdI2:CuCl, MnCl2 має краще спектральне узгодження люмінесценції з фотоприймачем на основі кремнію. Він може застосовуватись в парі з промисловими кремнієвими фотодіодами як детектор, дія якого базується на деградації люмінесценції, для дозиметрії ультрафіолетового світла, або для запису і люмінесцентного зчитування оптичної інформації. 2 UA 90792 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Фоточутливий матеріал на основі йодистого кадмію (CdI2), активованого домішкою міді (CuCl), який відрізняється тим, що додатково містить домішку МnСl2 при наступному співвідношенні компонентів у вихідній шихті, мол. %: МnСl2 0,10-2,0 CuCl 0,15-2,0 CdI2 решта. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3