Для генерации неравновесных носителей заряда (рис.6.5 переход 1) необходимо затратить энергию.
При их рекомбинации энергия выделяется. В случае, когда эта энергия выделяется в виде фотонов, наблюдается свечение кристалла, т.е. люминесценция. При этом рекомбинация происходит через особые энергетические уровни - центры свечения (ЦС) (переходы 2, 3).
В соответствии со способом возбуждения кристалла различают следующие виды люминесценции:
а) фотолюминесценция - возбуждение за счет света;
б) катодолюминесценция - возбуждение при бомбардировке электронами;
в) электролюминесценции - свечение кристалла в электрическом поле;
г) хемилюминесценции - возбуждение за счет энергии, выделяющейся при химической реакции, например, при рекомбинации атомов в молекулы на поверхности кристалла. В последнем случае имеет место радикал-рекомбинационная люминесценция (РРЛ)
Особенностью люминесценции является ее неравновесное характер, в отличие от теплового, равновесного излучения. Это означает, что о помещены возбужденного кристаллофосфоров в замкнутую теплоизолированные оболочку с идеально отражающими стенками свечения через некоторое время прекратится. Такое свечение называют еще холодным.
Вторая особенность люминесценции заключается в том, что время послесвечения (время свечения кристалла после прекращения возбуждения) гораздо больше, чем период световых волн (10-13 - 10-15 сек.). В зависимости от времени послесвечения люминесценция условно подразделяется на флуоресценцию (время послесвечения меньше, чем 10-8 сек.), И фосфоресценцию (время послесвечения больше, чем 10-8 сек, и может достигать нескольких суток). Время послесвечения значительно увеличивается при наличии так называемых центров прилипания. Это энергетические уровни в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости, на которые увлекаются электроны, а затем освобождаются за счет тепловой энергии. Поэтому при нагревании возбужденного кристалла интенсивность люминесценции возрастает за счет рекомбинации этих восторженных электронов. Происходит высвечивание свитлосумы.
Первые количественные исследования фотолюминесценции были проведены англ .. физиком Дж. Стоксом (1819-1903), который в 1852 году установил закон, носящий его имя: при фотолюминесценции возникает свечение с большей длиной волны ?фл, чем длина волны возбуждающего света ?зб (рис.6.6). Этот закон становится ясным из зонной диаграммы (рис.6.5).
Возбуждающий фотон должен иметь энергию не меньше, чем ширина запрещенной зоны ?Еg (переход 1), в то время как излучаемый при переходе 2 фотон имеет меньшую энергию, а значит и большую длину волны. Но наблюдается и антистоксивська люминесценция с противоположным соотношением длин волн (рис.6.6 заштрихованная область). Объясняется это тем, что возбуждающее фотон поглощается уже возбужденным атомом. Электронные переходы происходят между электронно-колебательными уровнями (рис.6.7). Переходы 4 и 5 вызывают стоксивську, а 6 и 7 - антистоксивську люминесценцию.