发光材料与器件基础课件.ppt

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1、2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业1 发 光 材 料 与 器 件 基 础西 安 邮 电 学 院 电 工 院 光 电 工 程 专 业 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业2 第 二 章 发 光 材 料 基 本 概 念2.1 发 光 材 料 固 体 的 光 性 质 ， 从 本 质 上 讲 ， 就 是 固 体 和 电 磁 波 的 相 互 作 用 ，这 涉 及 晶 体 对 光 辐 射 的 反 射 和 吸 收 ， 晶 体 在 光 作 用 下 的 发 光 ， 光在 晶 体 中 的 传 播 和 作 用 以 及 光 电 作 用 、 光 磁 作 用 等 。 基 于 这 些

2、性质 ， 可 以 开 发 出 光 学 晶 体 材 料 、 光 电 材 料 、 发 光 材 料 、 激 光 材 料以 及 各 种 光 功 能 转 化 材 料 等 。 在 本 章 中 ， 我 们 从 固 体 对 光 的 吸 收的 本 质 开 始 ， 然 后 介 绍 光 电 材 料 、 发 光 材 料 和 激 光 材 料 等 。 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业3 2.1 发 光 材 料发 光 材 料 的 定 义发 光 材 料 又 称 发 光 体 ， 是 一 种 能 够 把 从 外 界 吸 收 的 各 种 形 式 的 能量 转 换 为 非 平 衡 光 辐 射 的 功 能 材 料

3、 。 光 辐 射 有 平 衡 辐 射 和 非 平 衡辐 射 两 大 类 ， 即 热 辐 射 和 发 光 。 任 何 物 体 只 要 具 有 一 定 温 度 ， 则 该 物 体 必 定 具 有 与 此 温 度 下处 于 热 平 衡 状 态 的 辐 射 。 非 平 衡 辐 射 是 指 在 某 种 外 界 作 用 的 激 发 下 ， 体 系 偏 离 原 来 的平 衡 态 ， 如 果 物 体 在 回 复 到 平 衡 态 的 过 程 中 ， 其 多 余 的 能 力 以 光辐 射 的 形 式 释 放 出 来 ， 则 称 发 光 。 因 此 发 光 是 一 种 叠 加 在 热 辐 射背 景 上 的 非 平

4、衡 辐 射 ， 其 持 续 时 间 要 超 过 光 的 振 动 周 期 。 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业4 2.1 发 光 材 料固 体 发 光 的 基 本 特 征(1)任 何 物 体 在 一 定 温 度 下 都 具 有 平 衡 热 辐 射 ， 而 发 光 是 指吸 收 外 来 能 量 后 ， 发 出 的 总 辐 射 中 超 出 平 衡 热 辐 射 的 部分 。(2) 当 外 界 激 发 源 对 材 料 的 作 用 停 止 后 ， 发 光 还 会 持 续 一段 时 间 ， 称 为 余 辉 。 一 般 10e-8为 界 限 ， 短 于 为 荧 光 ， 长于 为 磷 光

5、。 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业5 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 导 带价 带能 隙 （ 禁 带 ）我 们 先 讨 论 纯 净 物 质 对 光 的 吸 收 。 基 础 吸 收 或 固 有 吸 收 固 体 中 电 子 的能 带 结 构 ， 绝 缘 体 和 半 导 体 的 能 带 结 构 如图 5.1所 示 ， 其 中 价 带 相 当 于 阴 离 子 的 价电 子 层 ， 完 全 被 电 子 填 满 。 导 带 和 价 带 之间 存 在 一 定 宽 度 的 能 隙 （ 禁 带 ） ， 在 能 隙中 不 能 存 在 电 子 的 能 级 。 这 样 ， 在 固 体

6、受到 光 辐 射 时 ， 如 果 辐 射 光 子 的 能 量 不 足 以使 电 子 由 价 带 跃 迁 至 导 带 ， 那 么 晶 体 就 不 会 激 发 ， 也 不 会 发 生 对 光 的 吸 收 。 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业6 例 如 ， 离 子 晶 体 的 能 隙 宽 度 一 般 为 几 个 电 子 伏 ， 相 当 于 紫 外 光的 能 量 。 因 此 ， 纯 净 的 理 想 离 子 晶 体 对 可 见 光 以 至 红 外 区 的 光 辐 射 ，都 不 会 发 生 光 吸 收 ， 都 是 透 明 的 。 碱 金 属 卤 化 物 晶 体 对 电 磁 波 透 明

7、的 波 长 可 以 由 25 m到 250nm， 相 当 于 0.055ev的 能 量 。 当 有 足 够 强的 辐 射 （ 如 紫 光 ） 照 射 离 子 晶 体 时 ， 价 带 中 的 电 子 就 有 可 能 被 激 发跨 过 能 隙 ， 进 入 导 带 ， 这 样 就 发 生 了 光 吸 收 。 这 种 与 电 子 由 价 带 到导 带 的 跃 迁 相 关 的 光 吸 收 ， 称 作 基 础 吸 收 或 固 有 吸 收 。 例 如 ， CaF2的 基 础 吸 收 带 在 200nm(约 6ev)附 近 ， NaCl的 基 础 吸 收 约 为 8ev， Al2O3的 基 础 吸 收 约 在

8、 9ev。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业7 导 带价 带能 隙 (禁 带 ） 激 子 能 级 激 子 吸 收 除 了 基 础 吸 收 以 外 ， 还有 一 类 吸 收 ， 其 能 量 低 于 能 隙 宽 度 ，它 对 应 于 电 子 由 价 带 向 稍 低 于 导 带 底处 的 的 能 级 的 跃 迁 有 关 。 这 些 能 级 可以 看 作 是 一 些 电 子 -空 穴 （ 或 叫 做 激子 ， excition） 的 激 发 能 级 （ 图 5.2）处 于 这 种 能 级 上 的 电 子 ， 不 同 于 被 激发 到 导 带

9、上 的 电 子 ， 不 显 示 光 导 电 现象 ， 它 们 和 价 带 中 的 空 穴 偶 合 成 电 子-空 穴 对 ， 作 为 整 体 在 晶 体 中 存 在 着或 运 动 着 ， 可 以 在 晶 体 中 运 动 一 段 距离 （ 1 m） 后 再 复 合 湮 灭 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业8 缺 陷 存 在 时 晶 体 的 光 吸 收 晶 体 的 缺 陷 有 本 征 的 ， 如 填 隙 原 子 和 空位 ， 也 有 非 本 征 的 ， 如 替 代 杂 质 等 。 这 些 缺 陷 的 能 级 定 于 在 价 带 和 导

10、 带 之间 的 能 隙 之 中 。 当 材 料 受 到 光 照 时 ， 受 主 缺 陷 能 级 接 受 价 带 迁 移 来 的 电 子 ，而 施 主 能 级 上 的 电 子 可 以 向 导 带 迁 移 ， 这 样 就 使 原 本 不 能 发 生 基 础 吸 收 的物 质 由 于 缺 陷 存 在 而 发 生 光 吸 收 ， 图 5.3给 出 了 各 种 光 吸 收 的 情 况 。 C C CE D DD DAAV V V V V 电子泵抽运造成的电子-空穴对 C V过 程 在 高 温 下 发 生 的 电 子由 价 带 向 导 带 的 跃 迁 。 E V过 程 这 是 激 子 衰 变 过 程 。这

11、 种 过 程 只 发 生 在 高 纯 半 导 体 和 低温 下 ， 这 时 KT不 大 于 激 子 的 结 合 能 。可 能 存 在 两 种 明 确 的 衰 变 过 程 ： 自由 激 子 的 衰 变 和 束 缚 在 杂 质 上 的 激子 的 衰 变 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业9 DV过程 这 一 过 程 中 ， 松 弛 的 束 缚 在 中 性 杂 质 上 的 电 子 和 一 个 价带 中 的 空 穴 复 合 ， 相 应 跃 迁 能 量 是 EgED。 例 如 对 GaAs来 说 ， 低 温 下 的 Eg为 1.1592ev，

12、 许 多 杂 质 的 ED为 0.006ev， 所 以 D V跃 迁 应 发 生 在 1.5132ev处 。 因 此 ， 发 光 光 谱 中 在 1.5132ev处 出 现 的 谱 线 应 归 属 于 这 种 跃 迁 。 具有 较 大 的 理 化 能 的 施 主 杂 质 所 发 生 的 D V跃 迁 应 当 低 于 能 隙 很 多 ， 这 就是 深 施 主 杂 质 跃 迁 DV过程。 C C CE D DD DAAV V V V V 电子泵抽运造成的电子-空穴对 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业10 CA过程 本 征 半 导 体 导

13、 带 中 的 一 个 电 子 落 在 受 主 杂 质 原 子 上 ，并 使 受 主 杂 质 原 子 电 离 化 ， 这 个 过 程 的 能 量 为 EgEA。 例 如 对 GaAs来 说 ，许 多 受 主 杂 质 的 EA为 0.03ev， 所 以 C A过 程 应 发 生 在 1.49ev处 。 实 际上 ， 在 GaAs的 发 光 光 谱 中 ， 已 观 察 到 1.49ev处 的 弱 发 光 谱 线 ， 它 应 当归 属 于 自 由 电 子 -中 性 受 主 杂 质 跃 迁 。 导 带 电 子 向 深 受 主 杂 质 上 的 跃 迁 ，其 能 量 小 于 能 隙 很 多 ， 这 就 是

14、深 受 主 杂 质 跃 迁 CA过程。 C C CE D DD DAAV V V V V 电子泵抽运造成的电子-空穴对 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业11 DA过程 如 果 同 一 半 导 体 材 料 中 ， 施 主 和 受 主 杂 质 同 时 存 在 ，那 么 可 能 发 生 中 性 施 主 杂 质 给 出 一 个 电 子 跃 迁 到 受 主 杂 质 上 的 过 程 ， 这就 是 D A过 程 .。 发 生 跃 迁 后 ， 施 主 和 受 主 杂 质 都 电 离 了 ， 它 们 之 间 的结 合 能 为 ： Eb=-e2/4 K

15、r 2.1该 过 程 的 能 量 为 ： EgEDEAEb。 C C CE D DD DAAV V V V V 电子泵抽运造成的电子-空穴对 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业12 无 机 离 子 固 体 的 禁 带 宽 度 较 大 ， 一 般 为 几 个 电 子 伏 特 ， 相 当 于 紫 外光 区 的 能 量 。 因 此 ， 当 可 见 光 以 至 红 外 光 辐 照 晶 体 时 ， 如 此 的 能 量 不 足 以使 其 电 子 越 过 能 隙 ， 由 价 带 跃 迁 至 导 带 。 所 以 ， 晶 体 不 会 被 激 发 ， 也

16、 不 会发 生 光 的 吸 收 ， 晶 体 都 是 透 明 的 。 而 当 紫 外 光 辐 照 晶 体 时 ， 就 会 发 生 光 的吸 收 ， 晶 体 变 得 不 透 明 。 禁 带 宽 度 Eg和 吸 收 波 长 的 关 系 为 Eg = h = hc/ = hc/ Eg 式 中 h为 普 朗 克 常 数 6.63 10-34 Js， c为 光 速 。 然 而 如 前 所 述 ， 在 无 机 离 子 晶 体 中 引 入 杂 质 离 子 后 ， 杂 质 缺 陷 能 级和 价 带 能 级 之 间 会 发 生 电 子 -空 穴 复 合 过 程 ， 其 相 应 的 能 量 就 会 小 于 间 带宽

17、 度 E g， 往 往 落 在 可 见 光 区 ， 结 果 发 生 固 体 的 光 吸 收 。 例 如 ， Al2O3晶 体 中 Al3+和 O2-离 子 以 静 电 引 力 作 用 ， 按 照 六 方 密 堆 方 式结 合 在 一 起 ， Al3+和 O2-离 子 的 基 态 能 级 为 填 满 电 子 的 的 封 闭 电 子 壳 层 ， 其能 隙 为 9ev， 它 不 可 能 吸 收 可 见 光 ， 所 以 是 透 明 的。 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业13 如 果 在 其 中 掺 入 0.1%的 Cr3+时 ， 晶 体 呈

18、 粉 红 色 ， 掺 入 1%的 Cr3+时 ，晶 体 呈 深 红 色 ， 此 即 红 宝 石 ， 可 以 吸 收 可 见 光 ， 并 发 出 荧 光 。 这 是 由于 掺 入 的 Cr3+离 子 具 有 填 满 电 子 的 壳 层 ， 在 Al2O3晶 体 中 造 成 了 一 部 分较 低 的 激 发 态 能 级 ， 可 以 吸 收 可 见 光 。 实 际 上 ， 该 材 料 就 是 典 型 的 激光 材 料 ， 我 们 在 本 章 中 还 会 讨 论 。 杂 质 原 子 在 无 机 绝 缘 体 中 光 学 性 质 的 研 究 范 围 十 分 广 泛 ， 作 为 基 质材 料 的 化 合 物

19、 有 碱 金 属 卤 化 物 、 碱 土 金 属 卤 化 物 、 - 族 化 合 物 、 氧化 物 、 钨 酸 盐 、 钼 酸 盐 、 硅 酸 盐 、 金 刚 石 和 玻 璃 体 等 。 而 掺 入 作 为 光 学活 性 中 心 的 杂 质 离 子 多 数 为 过 渡 金 属 和 稀 土 金 属 离 子 等 。 图 5.4给 出 了离 子 晶 体 的 各 种 吸 收 光 谱 示 意 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业14 图 2.4 离 子 晶 体 的 各 种 吸 收 光 谱 示 意 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021

20、-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业15 半 导 体 的 光 吸 收 和 光 导 电 现 象 1.本 征 半 导 体 的 光 吸 收 本 征 半 导 体 的 电 子 能 带 结 构 与 绝 缘 体 类 似 ， 全 部 电 子 充 填 在 价 带 ，且 为 全 满 ， 而 导 带 中 没 有 电 子 ， 只 是 价 带 和 导 带 之 间 的 能 隙 较 小 ， 约为 1ev。 在 极 低 温 度 下 ， 电 气 全 部 处 在 价 带 中 ， 不 会 沿 任 何 方 向 运 动 ，是 绝 缘 体 ， 其 光 学 性 质 也 和 前 述 的 绝 缘 体 一 样 。 当 温 度 升 高

21、， 一 些 电子 可 能 获 得 充 分 的 能 量 而 跨 过 能 隙 ， 跃 迁 到 原 本 空 的 导 带 中 。 这 时 价带 中 出 现 空 能 级 ， 导 带 中 出 现 电 子 ， 如 果 外 加 电 场 就 会 产 生 导 电 现 象 。因 此 ， 室 温 下 半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 决 定 材 料 的 性 质 。 本 征 半 导 体 的光 吸 收 和 发 光 ， 一 般 说 来 都 源 于 电 子 跨 越 能 隙 的 跃 迁 ， 即 直 接 跃 迁 。价 带 中 的 电 子 吸 收 一 定 波 长 的 可 见 光 或 近 红 外 光 可 以 相 互 脱 离 而

22、 自 行漂 移 ， 并 参 与 导 电 ， 即 产 生 所 谓 光 导 电 现 象 。 当 导 带 中 的 一 个 电 子 与价 带 中 的 一 个 空 穴 复 合 时 ， 就 会 发 射 出 可 见 光 的 光 子 ， 这 就 是 所 谓 光致 发 光 现 象 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业16 2. 非 本 征 半 导 体 的 光 吸 收 掺 入 半 导 体 的 杂 质 有 三 类 ： 施 主 杂 质 、 受 主 杂 质 和 等 电 子 杂 质 。这 些 杂 质 的 能 级 定 域 在 能 隙 中 ， 就 构 成 了 图 5

23、.3所 示 的 各 种 光 吸 收 跃 迁方 式 。 等 电 子 杂 质 的 存 在 可 能 成 为 电 子 和 空 穴 复 合 的 中 心 ， 会 对 材 料 的发 光 产 生 影 响 ， 单 独 的 施 主 和 受 主 杂 质 不 会 影 响 到 材 料 的 光 学 性 质 。 这是 因 为 只 有 当 激 发 态 电 子 越 过 能 隙 与 空 穴 复 合 时 ， 才 会 发 生 半 导 体 的 发光 。 譬 如 ， n型 半 导 体 可 以 向 导 带 提 供 足 够 的 电 子 ， 但 在 价 带 中 没 有 空穴 ， 因 此 不 会 发 光 。 同 样 ， p型 半 导 体 价 带

24、 中 有 空 穴 ， 但 其 导 带 中 却 没有 电 子 ， 因 此 也 不 会 发 光 。 如 果 将 n型 半 导 体 和 p型 半 导 体 结 合 在 一 起 形成 一 个 p-n结 ， 那 么 可 以 在 p-n结 处 促 使 激 发 态 电 子 （ 来 自 n型 半 导 体 导带 ） 和 空 穴 （ 来 自 p型 半 导 体 价 带 ） 复 合 。 我 们 在 p-n结 处 施 加 一 个 正 偏向 压 ， 可 以 将 n区 的 导 带 电 子 注 入 到 p区 的 价 带 中 ， 在 那 里 与 空 穴 复 合 ，从 而 产 生 光 子 辐 射 。 这 种 发 光 值 发 生 在

25、 p-n结 上 ， 故 称 作 注 入 结 型 发 光 。这 是 一 种 电 致 发 光 ， 是 发 光 二 极 管 工 作 的 基 本 过 程 。 图 5.5示 意 出 p-n结注 入 发 光 的 原 理 示 意 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业17 这 种 降 低 压 电 能 转 变 为 光 的 方 法 是 很 方 便 的 ， 已 经 用 于 制 作 发 光 二 极 管和 结 型 激 光 器 。 利 用 半 导 体 材 料 GaAs1-xPx的 可 调 正 x值 来 改 变 能 隙 ， 从 而 制作 出 从 发 红 光 到 发

26、 绿 光 的 各 种 颜 色 的 发 光 二 极 管 。 也 可 以 利 用 相 反 过 程 ，用 大 于 能 隙 宽 度 的 能 量 的 光 照 射 p-n结 ， 半 导 体 吸 收 光 能 ， 电 子 从 价 带 激 发到 导 带 ， 价 带 中 产 生 空 穴 。 P区 的 电 子 向 n区 移 动 ， n区 的 空 穴 向 p区 移 动 ，结 果 产 生 电 荷 积 累 ， P区 带 正 电 ， n区 带 负 电 ， 如 果 外 接 电 路 ， 电 路 中 就 会有 电 流 通 过 。 利 用 这 种 原 理 可 以 将 太 阳 能 转 化 为 电 能 。 例 如 ， 将 n型 半 导

27、 体CdS上 电 析 一 层 p型 半 导 体 Cu2S形 成 p-n结 ， 就 可 以 制 成 高 性 能 的 太 阳 能 电 池 。 （ a） 未 加 正 偏 压 的 p-n结 （ b） 加 正 偏 压 的 p-n结图 2.5 p-n结 注 入 发 光 过 程 示 意 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业18 3. 光 导 电 现 象 在 晶 体 对 光 的 基 础 吸 收 中 ， 同 时 会 产 生 电 子 和 空 穴 成为 载 流 子 ， 对 晶 体 的 电 导 作 出 贡 献 。 在 晶 体 的 杂 质 吸 收 中 ， 激 发

28、 到 导 带 中的 电 子 可 以 参 与 导 电 ， 但 留 下 来 的 空 穴 被 束 缚 在 杂 质 中 心 ， 不 能 参 与 导 电 。这 样 的 空 穴 俘 获 邻 近 的 电 子 而 复 合 。 当 价 带 电 子 受 光 激 发 到 杂 质 中 心 时 ，价 带 中 产 生 的 空 穴 可 以 参 与 导 电 。 图 5.6表 示 光 导 电 晶 体 中 载 流 子 的 生 成和 消 失 :（ a） 表 示 电 子 和 空 穴 的 生 成 ， （ b） 表 示 电 子 和 空 穴 的 复 合 ， （ c）表 示 晶 体 的 禁 带 中 存 在 陷 阱 及 其 载 流 子 的 生

29、 成 。图 2.6 光 导 电 晶 体 中 载 流 子 的 生 成 和 消 失 2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业19 图 中 的 AgBr光 导 电 流 随 电压 的 变 化 （ -185 ， 照 射 光 波长 546nm， 强 度 6.5 1010个 光子 /秒 ） 当 电 场 强 度 一 定 时 ，改 变 光 的 强 度 会 对 光 导 电 流 产生 影 响 。 一 般 地 ， 光 导 电 流 强度 与 光 强 成 正 比 变 化 。 AgBr的 光 导 电 流 随 电 压 的 变 化 这 样 有 光 辐 射 激 发 产 生 的

30、 载 流 子 ， 一 方 面 在 负 荷 中 心 消 失 掉 ， 另 一 方 面在 电 场 作 用 下 可 以 移 动 一 段 距 离 后 ， 再 被 陷 阱 俘 获 。 如 果 外 电 场 强 度 大 ，则 载 流 子 再 被 陷 阱 所 俘 获 之 前 在 晶 体 中 飘 移 的 距 离 长 、 光 电 流 强 ， 但 会有 一 个 饱 和 值 （ 即 初 级 光 电 流 的 最 大 值 ） ， 图 2.7为 AgBr的 情 况 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业20 利 用 半 导 体 的 光 导 电 效 应 ， 把 光 的

31、信 息 转 化 为 电 的 信 息 ， 这 在 现代 技 术 和 日 常 生 活 中 已 得 到 广 泛 应 用 。 例 如 ， 对 可 见 光 敏 感 的 CdS用 于照 相 机 的 自 动 曝 光 机 规 定 曝 光 时 间 的 自 动 装 置 ， 半 导 体 硒 应 用 在 静 电复 印 机 上 ； 利 用 对 红 外 线 敏 感 的 PbS、 PbSe、 PbTe等 制 成 红 外 线 探 测 器 、传 感 器 等 。2.2 固 体 光 吸 收 的 本 质 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业21 1 激 发 源 和 发 光 材 料 分 类发 光 （ Luminesc

32、ence） 一 般 用 来 描 述 某 些 固 体 材 料 由 于 吸 收 能 量而 随 之 发 生 的 发 射 光 现 象 。 发 光 可 以 以 激 发 光 源 类 型 的 不 同 划 分 为 如 下发 光 类 型 ：光 致 发 光 （ Photoluminescence） ： 以 光 子 或 光 为 激 发 光 源 ， 常用 的 有 紫 外 光 作 激 发 源 。电 致 发 光 （ Electroluminescence） ： 以 电 能 作 激 发 源 。阴 极 致 发 光 （ Cathodoluminescence） ： 使 用 阴 极 射 线 或 电 子 束为 激 发 源 。2 发

33、 光 材 料 的 特 性一 般 而 言 ， 对 发 光 材 料 的 特 性 有 三 个 要 求 ：发 光 材 料 的 颜 色 发 光 材 料 有 彼 此 不 同 的 颜 色 。 发 光 材 料 的 颜色 可 通 过 不 同 方 法 来 表 征 。2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业22 发 射 光 谱 和 吸 收 光 谱 是 研 究 中 应 用 比 较 多 的 方 法 。 吸 收 光 谱 是 材 料 激发 时 所 对 应 的 光 谱 ， 相 应 吸 收 峰 的 波 长 就 是 激 发 时 能 量 对 应 波 长 ， 如 图5.8

34、所 示 ZnS:Cu 的 吸 收 谱 带 。 发 射 光 谱 反 映 发 光 材 料 辐 射 光 的 情 况 ， 对 应谱 峰 的 波 长 就 是 发 光 的 颜 色 ， ， 一 般 说 来 其 波 长 大 于 吸 收 光 谱 的 波 长 ， 如图 5.9所 示 ， 1图 为 Zn2SiO4： Mn的 发 射 光 谱 ， 图 2为 其 吸 收 光 谱 。 发 光 材 料 的 发 射 光 谱 和 吸 收 光 谱 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 光 致 发 光 材 料 的 吸 收 光 谱 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业23 颜 色 的 单 色 性 从 材 料

35、 的 发 射 光 谱 来 看 ， 发 射 谱 峰 的 宽 窄 也 是 发光 材 料 的 重 要 特 性 ， 谱 峰 越 窄 ， 发 光 材 料 的 单 色 性 越 好 ， 反 之 亦 然 。我 们 将 谱 峰 1/2高 度 时 缝 的 宽 度 称 作 半 宽 度 。 如 图 5.10所 示 。 依 照 发 射 峰 的 半 宽 度 可 将 发 光 材 料 还 分 为 3种 类 型 ：宽 带 材 料 ： 半 宽 度 100nm， 如 CaWO4；窄 带 材 料 ： 半 宽 度 50nm， 如 Sr(PO4)2Cl： Eu3+；线 谱 材 料 ： 半 宽 度 0.1nm， 如 GdVO4)： Eu3

36、+； 发 射 峰 的 半 宽 度发 光 材 料 究 竟 属 于 哪 一 类 ，既 与 基 质 有 关 ， 又 与 杂 质 有 关 。例 如 ， 将 Eu2+掺 杂 在 不 同 的 基 质中 ， 可 以 得 到 上 述 3种 类 型 的 发 光材 料 ， 而 且 随 着 基 质 的 改 变 ， 发光 的 颜 色 也 可 以 改 变 。 半 宽 度 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业24 发 光 效 率 发 光 材 料 的 另 一 个 重 要 特 性 是 其 发 光 强 度 ， 发 光 强 度也 随 激 发 强 度 而 改 变 。

37、 通 常 用 发 光 效 率 来 表 征 材 料 的 发 光 本 领 ， 有 3种 表 示 方 法 ：量 子 效 率 发 射 物 质 辐 射 的 量 子 数 N发 光 与 激 发 光 源 输 入 的 量 子数 N吸 收 （ 如 果 是 光 致 发 光 则 是 光 子 数 ； 如 系 电 子 发 光 ， 则 是 电 子 数 。余 类 推 ） 的 比 值 ： B量 子 = N发 光 / N吸 收 能 量 效 率 发 光 能 量 与 激 发 源 输 入 能 量 之 间 的 比 值 B量 子 = E发 光 / E吸 收 如 果 是 光 致 发 光 ， 又 与 E=h ， 所 以 能 量 效 率 还 可

38、 以 表 示 如 下 ： B 量 子 = E发 光 / E吸 收 = h 发 光 / h 吸 收 = 发 光 / 吸 收 光 度 效 率 发 光 的 流 明 数 与 激 发 源 输 入 流 明 数 的 比 值 ： B量 子 =光 度 发 光 / 光 度 吸 收 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业25 余 辉 发 光 材 料 的 一 个 重 要 特 性 是 它 的 发 光 持 续 时 间 。依 发 光 持 续 时 间 ， 我 们 可 应 将 发 光 区 分 为 荧 光 和 磷 光 ：荧 光 （ Fluorescence） ： 激

39、 发 和 发 射 两 个 过 程 之 间 的 间 隙 极 短 ， 约为 10-8秒 。 只 要 光 源 一 离 开 ， 荧 光 就 会 消 失 。磷 光 （ Phosphorescence） ： 在 激 发 源 离 开 后 ， 发 光 还 会 持 续 较 长的 时 间 。还 可 以 用 余 辉 来 表 示 物 质 发 光 的 持 续 时 间 。 余 辉 的 定 义 为 ： 当 激 发光 停 止 时 的 发 光 亮 度 （ 或 强 度 ） J0衰 减 到 J0的 10%时 ， 所 经 历 的 时 间 称 为余 辉 时 间 ， 简 称 余 辉 。 根 据 余 辉 可 将 发 光 材 料 分 为 六

40、 个 范 围 ：极 短 余 辉 1s2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业26 色 坐 标 发 光 材 料 的 颜 色 在 商 品 上 主 要 用 所 谓 色 坐 标 来 表 示 。 我 们知 道 ， 平 常 所 看 到 的 颜 色 都 可 以 用 红 、 绿 、 蓝 3种 彼 此 独 立 的 基 色 匹 配 而成 。 但 在 匹 配 某 种 颜 色 时 ， 不 是 将 3种 颜 色 叠 加 起 来 ， 而 是 从 2种 颜 色 叠加 的 结 果 中 减 去 第 3种 颜 色 。 所 以 ， 国 际 照 明 协 会 决 定 选 取

41、 一 组 三 基 色 参数 x、 y、 z， 时 的 颜 色 匹 配 过 程 中 只 有 叠 加 的 办 法 ， 称 作 （ x、 y、 z系统 ） 。 任 何 一 种 颜 色 Q在 这 种 系 统 中 表 示 为 ：Q=ax+by+cz 5.2.5这 3个 系 数 的 相 对 值 为 ： x= y= z=称 作 色 坐 标 。 由 于 x+y+z=1， 所 以 如 果 x、 y确 定 了 ， z值 也 就 定 了 ，因 此 可 以 用 一 个 平 面 图 来 表 示 各 种 颜 色 。 下 图 就 给 出 了 这 种 颜 色 坐 标 图 。其 中 ， 给 出 了 各 种 颜 色 的 位 置

42、， 周 围 曲 线 上 的 坐 标 相 当 于 单 色 光 。 这 样任 何 一 种 颜 色 均 可 用 坐 标 x、 y来 表 征 。cba a cba b cba c 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业27 颜色坐标图2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 x y 00.10.20.30.40.50.60.70.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.90 770580570560510 520 550530 540500 490 480 380 wavelength (nm)60020

43、000K10 000K7000K 5000K 3000K 2000KAD65 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业28 荧 光 和 磷 光 1 光 致 发 光 材 料 的 基 本 组 成光 致 发 光 材 料 一 般 需 要 一 种 基 质 晶 体 结 构 ， 例 如 ZnS、 CaWO4和Zn2SiO4等 ， 在 掺 入 少 量 的 诸 如 Mn2+、 Sn2+、 Pb2+、 Eu2+那 样 的 阳 离 子 。 这 些阳 离 子 往 往 是 发 光 活 性 中 心 ， 称 作 激 活 剂 （ Activators） 。 有 时 还 需 要掺 入 第 2类 型 的 杂 质 阳

44、 离 子 ， 称 作 敏 活 剂 （ Sensitizer） 。 图 5.12说 明 一般 荧 光 体 和 磷 光 体 的 发 光 机 制 。 一 般 说 来 ， 发 光 固 体 吸 收 了 激 活 辐 射 的能 量 h ， 发 射 出 能 量 为 h 的 光 ， 而 总 小 于 ， 即 发 射 光 波 长 比激 活 光 的 波 长 要 增 大 。 这 种 效 应 称 作 斯 托 克 位 移 （ Stokes shift） 。 具 有 这 种 性 质 的 磷 光 体 称 作 斯 托 克 磷 光 体 。 H H H H HH H H H H H H A H HH H H H H H H H H

45、HH H H H H H H A S HH H H H H h h h h h(a) (b) 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业29 2.光 致 发 光 原 理 ： 位 形 坐 标 模 型 （ Configurational Coordinate Model CCM） 晶 体 中 的 离 子 其 吸 收 光 谱 与 发 射 光 谱 与 自 由 离 子 不 同 。 自 由 离子 的 吸 收 光 谱 与 发 射 光 谱 的 能 量 相 同 ， 并 且 都 是 窄 带 谱 或 锐 线 谱（ 0.01cm-1） 。 而 晶 体 中 离

46、 子 的 发 射 光 谱 的 能 量 均 低 于 吸 收 光 谱 的能 量 ， 并 且 是 宽 带 谱 。 这 是 由 于 晶 格 振 动 对 离 子 的 影 响 所 致 。 与 发光 中 心 相 联 系 的 电 子 跃 迁 可 以 和 基 质 晶 体 中 的 原 子 （ 离 子 ） 交 换 能量 ， 发 光 中 心 离 子 与 周 围 晶 格 离 子 之 间 的 相 对 位 置 、 振 动 频 率 以 及中 心 离 子 的 能 级 受 到 晶 体 势 场 影 响 等 。 因 此 ， 应 当 把 激 活 剂 离 子 及其 周 围 晶 格 离 子 看 作 一 个 整 体 来 考 虑 。 相 对

47、来 说 ， 由 于 原 子 质 量 比电 子 大 得 多 ， 运 动 也 慢 得 多 ， 故 在 电 子 跃 迁 中 ， 可 以 认 为 晶 体 中 原子 间 的 相 对 位 置 和 运 动 速 率 是 恒 定 不 变 的 （ 即 弗 兰 克 -康 登 原 理 Franke-Condon） 。 这 样 ， 就 可 以 采 用 一 种 所 谓 的 位 形 坐 标 来 讨 论发 光 中 心 的 吸 收 和 发 射 过 程 。2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业30 所 谓 位 形 坐 标 图 ， 就 是 用 纵 坐 标表 示 晶 体

48、 中 发 光 中 心 的 势 能 ， 其 中 包括 电 子 和 离 子 的 势 能 以 及 相 互 作 用 在内 的 整 个 体 系 的 能 量 ； 横 坐 标 则 表 示中 心 离 子 和 周 围 离 子 的 位 形（ Configration） ， 其 中 包 括 离 子 之间 相 对 位 置 等 因 素 在 内 的 一 个 笼 统 的位 置 概 念 。 一 般 的 也 可 代 用 粒 子 间 核间 距 作 横 坐 标 。 图 5.13是 发 光 中 心 基态 的 位 形 坐 标 示 意 图 。 图 中 连 续 的 曲线 表 示 势 能 作 为 发 光 中 心 离 子 核 间 距函 数 的

49、 定 量 变 化 关 系 ， 它 在 平 衡 距 离r e处 有 一 个 极 小 值 ， 水 平 线 0、 1、 2表 示 粒 子 在 基 态 具 有 的 不 同 量子 振 动 态 。 发 光 中 心 基 态 的 势 能 图 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业31 依 照 弗 兰 克 -康 登 原 理 ， 这 个 过程 体 系 能 量 从 A垂 直 上 升 到 B， 而离 子 的 位 形 基 本 不 变 。 但 在 激 发态 ， 由 于 离 子 松 弛 （ 即 位 形 改变 ） ， 电 子 以 热 能 形 式 散 射 一 部分

50、 能 量 返 到 新 激 发 态 能 级 C形 成新 的 活 性 中 心 。 那 么 ， 发 光 过 程就 是 电 子 从 活 化 中 心 C回 到 原 来基 态 A或 D。 显 然 ， 激 活 过 程 能 量 EAB ECA或 ECD。 这 就 解 释 了斯 托 克 位 移 。 发 光 中 心 基 态 和 激 发 态 的 势 能 图 应 用 之 一 :解 释 斯 托 克 位 移 图 2.14给 出 了 基 态 和 激 发 态 的 位 形 示 意 图 ， 由 此 可 以 解 释 发光 的 许 多 特 性 。 激 活 过 程 包 括 电 子 从 基 态 能 级 A跃 迁 到 激 发 态 的 较

51、高 能级 B产 生 一 个 活 性 中 心 。2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业32 应 用 之 二 :解 释 发 光 “ 热 淬 灭 ” 效 应 任 何 发 光 材 料 ， 当 温 度 升 高 到 一 定 温 度 时 ， 发 光 强 度 会 显 著 降低 。 这 就 是 所 谓 的 发 光 “ 热 淬 灭 ” 效 应 （ Thermalquenching effect） 。利 用 图 2.14可 以 解 释 这 一 现 象 。 在 图 中 ， 基 态 和 激 发 态 的 势 能 曲 线 交 叉 于 E点 。 在 该 点 ，

52、激 发 态 的 离 子 在 能 量 不 改 变 的情 况 下 就 可 以 回 到 基 态 （ E也 是 基 态 势 能 曲 线上 的 一 点 ） ， 然 后 再 通 过 一 系 列 的 改 变 振 动回 到 基 态 的 低 能 级 上 去 。 因 此 ， E点 代 表 一 个“ 溢 出 点 ” （ Spillorer Point） 。 如 果 处 于激 发 态 的 离 子 能 获 得 足 够 的 振 动 能 而 达 到 E点 ，它 就 溢 出 了 基 态 的 振 动 能 级 。 如 果 这 样 ， 全部 能 量 就 都 以 振 动 能 的 形 式 释 放 出 来 ， 因 而没 有 发 光 产

53、生 。 显 然 ， E点 的 能 量 是 临 界 的 。一 般 说 来 ， 温 度 升 高 ， 离 子 热 能 增 大 ， 依 次 进 入 较 高 振 动 能 级 ， 就 可 能 达 到 E点 。 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业33 应 用 之 三 ： 解 释 非 辐 射 跃 迁另 外 ， 在 吸 收 了 光 以 后 ， 离 子 晶 格 有 一 定 弛 豫 ， 故 平 衡 位 置 re只 有 统计 平 均 的 意 义 ， 实 际 上 是 一 个 极 小 的 区 间 ， 因 此 吸 收 光 谱 就 包 括 许 多 频 率（

54、或 波 长 ） 而 形 成 宽 带 。 这 就 是 固 体 中 离 子 光 谱 呈 带 状 的 原 因 。在 上 述 热 淬 灭 现 象 的 那 种 情 况 中 ， 激 发 离 子 通 过 把 振 动 能 传 递 给 环境 基 质 晶 格 ， 而 失 掉 了 其 剩 余 的 能 量 ， 返 回 到 较 低 的 能 级 上 。 这 种 跃迁 过 程 不 发 射 电 磁 波 ， 即 光 ， 因 而 称 为 非 辐 射 跃 迁 （ nonrediative transition） .类 似 这 种 非 辐 射 跃 迁 ， 在 敏 活 磷 光 体 的 机 制 中 还 包 括 一 类 非 辐 射 能 量

55、传 递 （ nonrediative energy transition） 。 图 2.15说 明 这 种 情 况 。 发生 这 种 能 量 传 递 的 必 要 条 件 是 ：（ a） 敏 活 剂 和 激 活 剂 离 子 在 激 发 态 具 有 相 近 的 能 级 ；（ b） 敏 活 剂 和 激 活 剂 离 子 与 基 质 的 晶 体 结 构 是 相 近 的 。 在 发 光 过 程中 ， 激 活 源 辐 照 使 敏 活 离 子 跃 迁 到 激 发 态 ， 这 些 敏 活 离 子 又 把 能 量 传 递 给邻 近 的 激 活 离 子 。 在 传 递 过 程 中 几 乎 没 有 能 量 损 失 ，

56、 同 时 敏 活 离 子 返 回 它的 基 态 ， 最 后 激 活 离 子 发 光 返 回 基 态 。2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业34 PE 敏活剂基态 激活剂基态 能量传递 非辐射能量散射敏活过程 发光过程h h 图2.15应 用 之 四 ： 解 释 “ 毒 物 ” 作 用 某 些 杂 质 对 发 光 材 料 有 “ 毒 物 ” 作 用 ， 激 发 光 因 材 料 含 有 毒 物而 淬 灭 。 毒 物 效 应 往 往 是 以 非 辐 射 能 传 递 方 式 起 作 用 的 ： 能 量 或 从 敏 活剂 或 激 活 剂

57、传 递 到 毒 物 上 ， 而 后 者 将 能 量 以 振 动 能 散 射 到 基 质 晶 格 中 ，以 致 活 性 中 心 不 能 发 光 。 具 有 非 辐 射 跃 迁 的 离 子 有 Fe 3+、 Co2+、 Ni2+等 ，因 而 在 制 备 磷 光 材 料 中 应 当 杜 绝 这 些 杂 质 的 存 在 。 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业35 3. 反 斯 托 克 （ nati-stokes） 磷 光 体 新 的 一 类 引 起 广 泛 兴 趣 的 发 光 材 料 是 反 斯 托 克 磷 光 体 。 这 种 材 料

58、 的特 点 是 能 发 射 出 高 于 激 活 辐 照 能 量 的 光 谱 。 利 用 这 种 磷 光 体 就 可 能 将 红外 光 转 变 为 高 能 量 的 可 见 光 ， 这 是 具 有 重 要 意 义 的 ， 可 以 用 于 红 外 摄 像和 监 测 仪 等 。 反 斯 托 克 磷 光 体 研 究 较 为 透 彻 的 材 料 之 一 是 以YF3NaLa(WO4)2和 - NaYF4等 为 基 质 ， 以 Yb3+为 敏 化 剂 、 以 Eu3+为 激 活 剂的 双 重 掺 杂 。 这 些 材 料 可 以 把 红 外 辐 射 转 化 为 绿 色 光 。 那 么 这 是 否 违 反能 量

59、 守 恒 定 律 呢 ？ 其 实 不 然 。 从 发 光 机 理 来 看 ， 激 活 过 程 采 用 了 2种 机 制 ： 图 2.16(a) 示 意 出 多 级 激 活 机 制 ， 激 活 剂 可 以 逐 个 接 受 敏 活 剂 提供 的 光 子 ， 激 发 到 较 高 的 能 级 ； 图 2.16(b) 示 意 出 合 作 激 活 机 制 ， 激 活 剂 可 以 接 受 敏 活 剂 提 供 的2个 光 子 ， 激 发 到 较 高 的 能 级 。2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业36 激活剂基态发光过程 h 激活2激活1 激

60、活剂基态发光过程 h 激活2激活1(a) 多 级 激 活 机 制 (b) 合 作 激 活 机 制图 2.16 反 斯 托 克 发 光 的 多 级 激 活 和 合 作 激 活 机 制 多 级 激 活 机 制 ， 激 活 剂 可 以 逐 个 接 受 敏 活 剂 提 供 的 光 子 ， 激 发 到 较高 的 能 级 ； 合 作 激 活 机 制 ， 激 活 剂 可 以 接 受 敏 活 剂 提 供 的 2个 光 子 ， 激 发 到 较 高的 能 级 。 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业37 4. 典 型 荧 光 和 磷 光 材 料日

61、光 用 磷 光 材 料 日 光 灯 是 磷 光 材 料 的 最 重 要 应 用 之 一 。 激 发 源 是 汞放 电 产 生 的 紫 外 光 ， 磷 光 材 料 吸 收 这 种 紫 外 光 ， 发 出 “ 白 色 光 ” 。 图2.17绘 出 了 荧 光 灯 的 构 造 示 意 图 ， 它 由 一 个 内 壁 涂 有 磷 光 体 的 玻 璃 管内 充 有 汞 蒸 气 和 氩 气 构 成 。 通 电 后 ， 汞 原 子 受 到 灯 丝 发 出 电 子 的 轰 击 ，被 激 发 到 较 高 能 态 。 当 它 返 回 到 基 态 时 便 发 出 波 长 为 254和 185nm的 紫外 光 ， 涂

62、 在 灯 管 内 壁 的 磷 光 体 受 到 这 种 光 辐 照 ， 就 随 之 发 出 白 光 。 这里 我 们 说 的 是 低 压 汞 灯 ， 还 有 高 压 汞 灯 ， 但 原 理 都 一 样 。H g 白 光玻 璃 壳 磷 光 体 料 涂 层185nm 254nm图2.17 日光灯的构造示意图 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业38 灯 用 磷 光 材 料 的 组 成 常 用 的 基 质 晶 体 有 两 类 ： ( 1 ) 离 子 键 的 绝 缘 材 料 ， 例 如 C d 2 B 2 O 5 、 Z n 2 S i

63、O 4 、3Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2等 。 在 这 些 材 料 中 ， 相 应 激 活 离 子 有 一 套 不 连 续 的能 级 ， 并 且 它 们 受 到 基 质 晶 体 环 境 定 域 的 影 响 而 有 所 修 正 。 离 子 型 磷 光体 的 发 光 过 程 可 以 用 我 们 前 述 的 位 形 坐 标 来 说 明 ； (2) 共 价 性 的 半 导 体 化 合 物 ZnS等 。对 这 类 材 料 ， 基 质 的 能 带 结 构 会 由 于 加入 激 活 剂 离 子 伴 随 的 定 域 能 级 而 有 所 改变 。 例 如 ， 分 别 掺 杂 Ag+、 Sb3+和 Eu2+

64、离子 的 ZnS磷 光 体 由 于 激 活 剂 不 同 ， 而 产生 特 征 的 光 谱 和 颜 色 ， 图 2.17是 它 们 的发 射 光 谱 ， 对 应 的 电 子 跃 迁 如 下 ： 离 子 基 态 能 级 激 发 态 能 级 Ag + 4d95p Sb3+ 4d105s2 4d105s5p Eu2+ 4f7 4f65d 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业39 在 荧 光 灯 中 广 泛 应 用 的 磷 光 体 材 料 是 双 重 掺 杂 了 Sb3+和 Eu2+的 磷 灰 石 。基 质 Ca5(PO4)3F中 掺 入

65、 Sb3+发 蓝 荧 光 ， 掺 入 Mn2+后 发 桔 黄 色 光 ， 两 者 都 掺入 发 出 近 似 白 色 光 。 用 氯 离 子 部 分 取 代 氟 磷 灰 石 中 氟 离 子 ， 可 以 改 变 发射 光 谱 的 波 长 分 布 。 这 是 由 于 基 质 变 化 改 变 了 激 活 剂 离 子 的 能 级 ， 也 就改 变 了 其 发 射 光 谱 波 长 。 以 这 种 方 式 小 心 控 制 组 成 比 例 ， 可 以 获 得 较 佳的 荧 光 颜 色 。 下 表 给 出 了 某 些 灯 用 磷 光 体 。 近 年 来 发 展 了 稀 土 “ 三 基 色 ”灯 用 荧 光 材

66、料 。 某 些 灯 用 磷 光 体磷 光 体 激 活 剂 颜 色Zn2SiO4 Mn 绿 色Y 2O3 Eu 红 色CaMg(SiO3)2 透 辉 石 Tl 蓝 色CaSiO3 硅 灰 石 Pb, Mn 黄 桔 色(Sr,Zn)(PO4)2 Sn 桔 色Ca(PO4)2Ca(Cl,F)2 Sn,Mn “ 白 色 ” 2.3 固 体 的 发 光 和 发 光 材 料 2021-6-12 电 信 系 光 电 工 程 专 业40 作 业1、 请 问 晶 体 周 期 性 与 缺 陷 之 间 关 系 是 什 么 ？2、 如 何 利 用 基 矢 描 述 晶 体 的 晶 格 结 构 ， 它 与 晶 向 、 晶 面 表 征 方 法 有 什么 不 同 ？3、 晶 体 的 晶 胞 和 原 胞 各 具 有 什 么 特 点 ？ 试 以 三 种 简 单 晶 体 （ 简 单 立 方 、面 心 、 体 心 立 方 ） 为 例 分 析 。4、 晶 体 的 能 带 理 论 是 什 么 ， 如 何 理 解 晶 体 场 与 电 子 运 动 之 间 关 系 ？5、 如 何 理 解 电 子 在 能 级 上 的 排 布 ？6、 绝