摻雜對LiF材料發(fā)光性能的調(diào)制作用與空位效應(yīng).pdf

1、氟化鋰(LiF)材料在x射線單色儀、紫外線濾波器和熱釋光劑量計(jì)等領(lǐng)域有廣泛的技術(shù)應(yīng)用。LiF:Mg,Cu,P作為熱釋光劑量計(jì),由于其超高的靈敏度,已經(jīng)引起了人們的廣泛的研究興趣。很多文獻(xiàn)對各個(gè)雜質(zhì)這種材料中所起的作用進(jìn)行了廣泛報(bào)道,不過,有關(guān)Cu和P雜質(zhì)在發(fā)光過程中所起的作用仍沒有定論。一些作者認(rèn)為它們?yōu)榘l(fā)光中心,另有一些作者則持相反的觀點(diǎn)。由于Cu離子的半徑遠(yuǎn)大于Li離子的半徑,一些作者認(rèn)為Cu很難替代Li摻入LiF晶體中。然而,在摻

2、雜過程中經(jīng)常會用γ-射線照射晶體,這樣就會致使晶體產(chǎn)生一定數(shù)量的空位缺陷,而這樣的缺陷有可能會影響到Cu的摻入。另一方面,非金屬雜質(zhì)P本身就可能作為發(fā)光中心,也對雜質(zhì)Cu的摻雜結(jié)構(gòu)可能有一定的影響,值得關(guān)注。本文通過基于密度泛函理論的第一性原理方法,系統(tǒng)地研究了空位、非金屬P對Cu摻入LiF的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響及其機(jī)理。相關(guān)工作對實(shí)驗(yàn)研究LiF:Mg,Cu,P摻雜體系有指導(dǎo)作用。本論文主要工作如下:
　　(I)考

3、慮γ射線照射下,Li空位的客觀存在,研究空位對LiF:Cu中雜質(zhì)Cu的形成能的影響規(guī)律。在沒有空位的情況下雜質(zhì)Cu替代Li的形成能為3.01eV。單獨(dú)的Cu摻雜LiF,其形成能很大,說明其難以摻入LiF晶體中?？紤]了Li空位存在,在Cu替代的位置附近有空位,發(fā)現(xiàn)其形成能明顯降低。并且隨著Cu雜質(zhì)與Li空位的距離增大,其形成能也有逐漸增大的趨勢。計(jì)算表明,空位明顯的減小了Cu雜質(zhì)的形成能,并且容易和最近鄰的Li空位形成雜質(zhì)空位對的缺陷結(jié)構(gòu)

4、。Cu雜質(zhì)與空位相互作用對體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)有重要的影響。研究結(jié)果表明,Cu與Li空位對的相互作用,導(dǎo)致?lián)诫s體系在133nm處附近有一個(gè)吸收峰,這與實(shí)驗(yàn)很好的符合。我們的結(jié)果表明,在Li空位存在的情況下,Cu雜質(zhì)更容易在空位附件形成,并且與空位相互作用,其對光學(xué)性質(zhì)也有重要的影響。
　　(II)基于密度泛函理論的第一性原理方法,分析了非金屬P雜質(zhì)對Cu摻入LiF的影響。計(jì)算結(jié)果表明,最近鄰的P雜質(zhì)很明顯地降低了Cu雜質(zhì)的形成