Фото- и электролюминесценция монокристаллов сульфида бария Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОЕ)

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 162 1967

ФОТО- И ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ

СУЛЬФИДА БАРИЯ

Т. Н. СТРОГАНОВА, В. А. СОКОЛОВ

В литературе до сих пор не встречалось данных о люминесценции монокристаллов сульфида бария, по-видимому, потому, что получение их обычными методами связано с большими трудностями. Во-первых, само соединение Ва8 очень неустойчиво. Содержание влаги в атмосфере ведет к разложению его с образованием окисла щелочноземельного металла, сероводорода, сернистого газа и свободной серы. Во-вторых, сульфид бария относится к числу тугоплавких соединений. Температура плавления его равна 2205°С. В-третьих, по сравнению, например, с сульфидом цинка, ВаЭ намного тяжелее и, следовательно, температура возгонки его выше температуры возгонки 2п5. По указанным причинам методы выращивания кристаллов сульфида бария из расплава или из газовой фазы практически трудно осуществимы.

Нами были получены кристаллы ВаЭ из гипосульфита бария (ВаЭгОз), который предварительно прогревался при температуре ~ 500°С. При нагревании происходит реакция разложения гипосульфита на ВаЭ, ВаБО^ и Э02. Одновременно с нагреванием производилась откачка воздуха и газообразных продуктов разложения из ампулы. Когда вакуум достигал порядка 10 2 мм рт. ст., в ампулу вводился иод из расчета 5 мг на 1 см3 объема ампулы (в отсутствие иода кристаллы не растут). После этого ампула запаивалась и находилась в течение длительного времени при комнатной температуре. В этих условиях для образования кристаллов необходимо время порядка 2—3 месяца. Кристаллы образовывались в самой , шихте и имели размеры от 0,2 лшХ0>5 мм до 7 ммУ(8 мм. Кристаллы имели желтоватый оттенок из-за внедрения иода в решетку. На открытом воздухе кристаллы постепенно обесцвечивались. В местах скопления иода на.поверхности обесцвеченного кристалла видны макроскопические поры, которые делали поверхность кристалла шероховатой. Кристаллы были стойки к термообработке. Результаты по выращиванию кристаллов ВаБ были воспроизводимы.

Рентгенографический анализ показал, что полученные кристаллы являются действительно монокристаллическими образованиями с кубической структурой, свойственной сульфиду бария. Следов других соединений обнаружено не было.

Под действием ультрафиолетового света (к макс. = 365 пт) кристаллы фотолюминесцировали желто-оранжевым цветом. Для сравнения

были сняты спектры фотолюминесценции монокристаллическюго и порошкообразного сульфида бария. Порошок ВаБ был получен из карбоната бария (ВаСОз), который прокаливался в фарфоровой лодочке при температуре 900°С в потоке водорода и сероводорода в течение двух часов и затем медленно охлаждался в потоке водорода. Рентгенографический анализ показал, что полученные таким образом порошки обладают структурным'и свойствами, характерными для ВаБ. Спектры фотолюминесценции кристаллов и порошков приведены на рис. 1. Как видно из рисунка, спектры их тождественны. Максимумы полос излучения лежат при Я ^ 610 нм.

№

75"

<*о си

X

о

50

25

Л

к

У

500 5 ю ¿¿о гго

А, НМ

Рис. 1. Спектры фотолюминесценции монокристаллического (1) и порошкообразного (2) суль фида бария

Таким образом, рентгеноструктурный анализ, а также тождественность спектров свечения порошкообразного и кристаллического сульфида бария доказывают, что описанные выше кристаллы являются действительно мойокристаллами ВаБ.

Кристаллы сульфида бария с наплавленными индиевыми электродами, помещенные в силиконовое масло, светились в переменном и постоянном электрических полях. В постоянном поле свечение во м'ногораз было слабее, чем в переменном. Спектр свечения кристаллов в электрическом поле совпадал со спектром фотолюминесценции. Наиболее яркое свечение наблюдалось у электродов. На рис. 2 приведены зависимости средней яркости. В электролюминесценции кристалла от напряжения и для случая возбуждения переменным (1) и постоянным (2) полем. В случае переменного поля эту зависимость можно удовлетворительно описать

/ ^

законом': В ~ ехр

V

и

Свечение сульфида бария под действием различных видов возбуждения, по-видимому, связано с активацией его сверхстехиометрическим барием. На такую способность самоактивации порошкообразного суль-« фида бария указывалось в работе [1], в которой определялась концентрация сверхстехиометрического бария в зависимости от условий термооб-

работки порошка. В нашем случае для монокристаллов Ва5 образованию сверхстехиометрического бария, а также образованию дефектов, ответственных за свечение, может, по-видимому, способствовать внедрение в кристаллическую решетку атомов иода.

влост , 7

«о

г

о 3

Зперем 100

500 /

300 » //

100

юоо

ГООО

2 ООО 7000

3000 9000

к ООО

иооо

$ооо Ц

псоем

в

¿3000 и пост. 9 6

Рис. 2. Зависимость средней яркости электролюминесценции монокристалла Ва8 от напряжения при возбуждении переменным (I) и постоянным (2) полями

ЛИТЕРАТУРА

1. П. В. Ковтуненко, Б. В. Кондаков, Б. П. Никонов. Тр. Москов. химико-технологического ин*та им. Д. И. Менделеева. Вып. XXXI. М., 1960.