• Aucun résultat trouvé

Étude de la répartition des pièges de phosphorescence dans un sulfure de zinc activé au cuivre nouvelles déterminations fondées sur l'extrapolation de la luminance en début de déclin

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Étude de la répartition des pièges de phosphorescence dans un sulfure de zinc activé au cuivre nouvelles déterminations fondées sur l'extrapolation de la luminance en début de déclin"

Copied!
6
0
0

Texte intégral

(1)

HAL Id: jpa-00205933

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00205933

Submitted on 1 Jan 1965

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Étude de la répartition des pièges de phosphorescence dans un sulfure de zinc activé au cuivre nouvelles

déterminations fondées sur l’extrapolation de la luminance en début de déclin

Jean Saddy

To cite this version:

Jean Saddy. Étude de la répartition des pièges de phosphorescence dans un sulfure de zinc activé au cuivre nouvelles déterminations fondées sur l’extrapolation de la luminance en début de déclin.

Journal de Physique, 1965, 26 (3), pp.105-109. �10.1051/jphys:01965002603010500�. �jpa-00205933�

(2)

105.

ÉTUDE DE LA RÉPARTITION DES PIEGES DE PHOSPHORESCENCE DANS UN SULFURE DE ZINC ACTIVÉ AU CUIVRE

NOUVELLES DÉTERMINATIONS FONDÉES SUR L’EXTRAPOLATION DE LA LUMINANCE EN DÉBUT DE DÉCLIN

Par JEAN SADDY,

Faculté des Sciences de Reims et Laboratoire de Luminescence, Faculté des Sciences de Paris.

Résumé. - La décomposition en sommes d’exponentielles du déclin de l’intensité de phospho-

rescence en fonction du temps permet, comme il est bien connu, d’obtenir la répartition des pièges responsables de cette phosphorescence. Mais la méthode usuellement employée pour interpréter ces

sommes d’exponentielles possède certains inconvénients rappelés dans le texte. Une nouvelle méthode, plus précise, est proposée ici pour déterminer la répartition des pièges : elle permet, en particulier, de discuter d’une manière plus approfondie la forme gaussienne des groupes de pièges.

Abstract. 2014 The distribution of the electron traps that are involved in long-period phospho-

rescence can be obtained from an analysis of the decay law into sums of exponentials. This is well known, but the usual method for performing this analysis has some drawbacks, that are pointed

out in the present paper. A new method is given which is more accurate and can be used for a

detailed discussion on the gaussian shape of the trap-depths distribution.

PHYSIQUE 26, 1965,

1. Loi de r6partition des luminances dues aux

diflérents pi6ges d’un mgme groupe.

-

1. Le de- clin de rintensite de phosphorescence des ZnS(Cu), pr6alablement excites a saturation par le rayon- nement de , Wood, se laisse representer convena-

blement par la formule ([1] a [4]) :

(no.T(T) = nombre de pieges de dur6e moyenne de vie T au d6but du declin ; C = constante.)

La formule (1) donne la r6partition no.,(,r) au temps zero dans les pieges appartenant a un mame

groupe :

2. II est plus int6ressant de considerer la r6par-

tition des pro f ondeurs E des pieges [4] en faisant

intervenir la formule de Mott et Gurney :

dans laquelle pi est la probability de sortie par

unite de temps de 1’61ectron de dur6e de vie n, 1’61ectron devant absorber au moins 1’6nergie Ei

par agitation thermique pour s’échapper du pi6ge.

Le facteur s est une fonction de E et de T, mais

on admet g6n6ralement que sa variation est tr6s lente en comparaison de celle de l’exponentielle

et l’on consid6re par suite s comme une constante

en premiere approximation. En posant :

(1) En realite, il est bien evident que seule la partie de l’int6grale portant sur les valeurs de E comprises entre 0

et + oo a un sens physique, mais pratiquement il revient

au même d’6tendre l’int6grale de - oo a + oo, et cela est

plus simple analytiquement.

la formule (2) s’ecrit :

3. La courbe de r6partition des profondeurs de pieges en fonction des valeurs expérimentales de E

est r6soluble en un ou plusieurs pics d’allure gaussienne. Dans le cas d’un seul pic, de « largeur » E, on 6crira [5] :

(N = nombre total de pieges, Eo = valeur

moyenne de E, 6 = 6cart quadratique moyen.)

D’ou :

4. Exprimons Eo en fonction de log T (2), plus

directement accessible a l’expérience, ce qui per-

met, en outre, d’éliminer la « constante )) s, encore mal déterminée. D’après (3) :

(2) Il s’agit, dans tout ce qui suit, des logarithmes à base 10.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002603010500

(3)

106

Donc, eri posant :

avec

5. L’6tude expérimentale du d6clin conduit à une decomposition de &t en une somme de plu-

sieurs termes (cinq a sept en general) de forme exponentielle :

I1 a ete 6tabli ([2], [6]) que cette decomposition repr6sente avec le minimum d’erreur la loi de d6clin a forme int6grale (1) parce qu’elle revient

a appliquer a cette intégrale la m6thode de decom- position en trapezes de hauteurs 6gales.

En comparant 1’expression de Co donn6e par (9), (c’est-à-dire : Co Ei) a celle obtenue par la

i

theorie pr6c6dente (equation 7), on obtient :

avec

Conclusion : les contributions à la luminance Co

des différents pièges d’un même pic, extrapolies à l’origine du déclin, se ripartissent suipant une

distribution de Gauss.

Remarque : la luminance globale au temps z6ro

vaut 6videmment :

II. Vérifications expérimentales.

-

Ces verifi- cations ont ete faites sur le d6clin d’un sulfure de zinc active par le cuivre (7 X 10-5 g de Cu par g de

ZnS), excite au pr6alable « a saturation)) par la lumiere de Wood ([2], [6]). Le produit a 6t6

maintenu a la temperature constante de 30°C pendant 1’excitation et le declin ; il ne paralt presenter dans ces conditions qu’un seul groupe de pieges.

L’équation (10) montre que y = log C = f (x) repr6sente une parabole. En partant des valeurs

expérimentales donn6es par les six termes expo- nentiels deduits de 1’etude du declin (tableau I),

on applique la m6thode classique des moindres

carr6s et on obtient ainsi les valeurs de x, c et A.

TABLEAU I

FIG. 1.

-

y = log C = f(log r) ; o, points de la parabole theorique ; 9, points expérimentaux.

N.-B. La partie ascendante de la courbe ne peut etre

atteinte expérimentalement, car elle correspond a des

dur6es de vie inférieures à 1,5 s, donc a des temps de

d6clin trop faibles pour 6tre décelés (cf. à ce sujet These

J. Saddy[2]).

La figure 1 fait apparaltre une verification tr6s satisfaisante de la formule propos6e.

On en d6duit les valeurs num6riques suivantes

pour les coefficients de 1’6quation (10) (courbe de Gauss) :

D’ ou :

III. Loi de r6partition des profondeurs des pidges d’un mgme groupe. -1. Rappelons bri6-

vement la m6thode suivie jusqu’à present pour determiner cette r6partition.

Partant des n expérimentaux, qui repr6sentent

en realite des ensembles de vies moyennes, on effectue les operations r6sum6es dans le tableau II.

On obtient la r6partition des profondeurs des

pieges en repr6sentant no,Ei en fonction de log n

([3], [4]), ce qui donne un pic d’allure gaussienne

[6].

(4)

107 TABLEAU II

CALCUL DE LA RAPARTITION DES PROFONDEURS DE PIAGES PAR LA MATHODE CLASSIQUE

TABLEAU III

VALEURS DE Cr2lNr PAR LA MÉTHODE CLASSIQUE

Pour le produit 6tudi6, on aboutit aux résultats

rassemblés dans le tableau III.

Le choix des intervalles Ari tel qu’il est fait

dans le tableau II parait etre le plus naturel, mais

il n’est pas imp6ratif : on aurait pu prendre par

exemple Ar = Ti+i - ’Ti. Ce choix n’a que peu d’in- fluence sur la determination des coordonn6es du maximum de la distribution, mais il agit, par

contre, assez fortement sur la largeur trouv6e pour le pic. On peut donc souhaiter obtenir une m6thode

qui ne d6pende pas de ce choix : c’est l’objet du paragraphe suivant.

2. Nous pouvons ecrire :

Posons :

Si l’on prend les valeurs expérimentales de

x = log T (tableau I), on constate que Y est une

fonction linéaire de x.

On a, pour le produit 6tudi6 :

(voir tableau IV et fig. 2) (3).

3. Nous pouvons alors calculer

Le tableau V rassemble les résultats, qui sont

en tres bon accord avec ceux du tableau III. On (8) On a done Ar/r = p = Cte, ce qui montre bien que les intervalles ð.’r sont proportionnels aux r, ainsi que cela avait 6t6 indiqu6_ dans une précédente publication [6].

obtient meme un point supplémentaire de la r6partition.

FIG. 2.

-

Y = log "’C2/ð."’C = f(log T).

TABLEAU IV

(5)

108

TABLEAU V

VALEURS DE Cr2/AT GALOULÉBS PAR LA MÉTHODE PROPOSÉE

4. Enfin, 6tablissons que la distribution ob6it bien a la loi de Gauss. On a :

(avec log p = 0,18 pour le produit 6tudi6), c’est-a- dire, d’apr6s les formules (8) et (10) :

et, apr6s transformations :

Pour l’application num6rique, il est plus com-

mode de revenir a la forme (14) qui donne :

L’abscisse du maximum est :

soit une vie a temperature ordinaire d’environ une

minute.

Les abscisses des points d’inflexion sont :

Le tableau VI permet de tracer la courbe ( fig. 3,

sur laquelle sont indiqu6es les valeurs de no,y obtenues par la m6thode habituellement employee)

TABLEAU VI

RTPARTITION GAUSSIENNE DES PROFONDEURS DE PlhGES POUR LE PRODUIT ETUDIE

FIG. 3.

-

no,E = i(logr). Distribution gaussienne.

o points expérimentaux.

Remarque : on peut calculer la profondeur xo

du pic en eV en utilisant la f ormule de Mott et

Gurney (3) avec K = 13,7 X 10-17 cgs et s = 108 s-1 (voir a ce sujet : [7]). On trouve 0,58 eV.

Cette valeur depend du choix fait pour s. Avec les valeurs respectives :

on trouve

Nous préférons s = 108 s-1, mais c’est en raison de cette incertitude sur s que nous avons donne xo et non Eo dans ce qui precede.

L’écart quadratique moyen c = 0,81 correspond

a 0,05 eV.

IV. Identification de la loi de rdpartition des

luminances a une « fonction ’d’influence » ( a Nach- Wirkungtunctlon )) ou « after effect function. »)

-

1. La r6partition des luminances dues aux diffé- rentes profondeurs d’un meme groupe peut etre

atteinte à partir de la fonction d’influence ([3] à

[6]).

(6)

109 Consid6rons a nouveau la formule (1), qui peut

s’écrire :

Posons :

To 6tant la vie correspondant a Eo.

Toutes transformations faites :

FIG. 4.

-

log £. + 0,83 = f(log t t

-

1,75). La courbe

trae6e est la courbe log W pour v = 0,40. o points expérimentaux (4). 1

(4) Les tables de log F actuellement publiees ne per- inettent de connaitre de cette fonction que la partie trac6e

en trait plein. Le prolongement figure en tiretstest une extrapolation qui semble 16gitime 6tant donne la courbure de log T dans cette region. Neanmoins nous avons demande

au Laboratoire de Calcul num6rique du C. N. R. S. d’effec- tuer les calculs qui permettront de s’assurer de cette partie

du trace et nous tenons a adresser nos remerciements a Monsieur le Professeur de Possel et a Miles H,erskovits et Lefebvre qui ont bien voulu se charger de ce travail.

L’intégrale, consideree comme fonction de u et de v, est la fonction d’influence W dont l es valeurs ont ete calcul6es par des m6thodes d’approxi-

mation num6rique [8].

La courbe expérimentale log C = f(log t) se

superpose tres convenablement a l’une des courbes

log T = f(log u) (correspondant a une certaine

valeur du paramètre v) apr6s deux translations effectu6es parall6lement a chacun des axes de

coordonn6es. Dans le cas étudié, v = 0,40 et l’on

a (fig. 4) :

2. L’équation (18) donne, pour t = 0 :

formule qui équivaut à £.0 = A.c V2--x (formule 11)

en introduisant A d6fini par 1’equation (10).

Conelusions.

-

Les valeurs des luminances ini- tiales dues aux diff6rents pieges d’un meme groupe

se r6partissent suivant une distribution de Gauss.

Une distribution du meme type s’en d6duit pour la r6partition des electrons dans les pieges.

Les formules propos6es dans cette etude per- mettent d’obtenir d’une mani6re plus satisfaisante les valeurs maximales de ces distributions (donc

les profondeurs ainsi que les largeurs des pieges),

ce qui rend possible des études plus pr6cises sur

l’influence de la temperature, de la dur6e d’exci-

tation, etc. On peut esp6rer aussi parvenir a une

meilleure determination du facteur s de la loi fondamentale de Mott et Gurney.

Enfin, l’identification de la loi de r6partition

des luminances a une fonction d’influence permet

de faciliter la recherche de la r6partition des profondeurs des pieges.

En terminant, je tiens a exprimer a M. D. Curie

mes remerciements pour l’intérêt qu’il a manifest6

pour ce travail et pour les entretiens fructueux que

nous avons eus a ce sujet. Mes remerciements vont

6galement a Mlle M. C. Huard, a M. J. C. Le Moal

et a Mme M. F. Le Moal-Daire, dont le concours technique m’a 6t6 tres pr6eieux.

BIBLIOGRAPHIE [1] LENARD (P.), Hand. fur exp. Physik, 1928, 1, 188.

[2] SADDY (J.), Thèse, Paris 1946 et C. R. Acad. Sc., 1949, 228, 2002-2024.

[3] CURIE (D.), C. R. Acad. Sc., 1949, 229,193-194.

[4] CURIE (D.), C. R. Acad. Sc., 1949, 229, 1321-1323.

[5] CURIE (D.), Thèse, Paris 1952.

[6] SADDY (J.), J. Physique Rad., 1959, 20, 11, 890.

[7] SADDY (J.), J. Physique, 1963, 24, 3, 199.

[8] BOLL (M.), Tables numériques universelles, Paris.

Références

Documents relatifs

Réduction totale : Rapport entre la surface totale limitée par la courbe d’extinction et .la surface limitée par la courbe complémentaice à celle d’émis-

La loi de déclin en résulte par une intégrale portant sur l’ensemble des profondeurs du groupe ; cette intégrale se laisse représenter, en pratique, par une

Dans tes phénomènes de phosphorescence chez lt’, animaux, la lumière émise parait légèrement verdatre :. on comprend que des analyses spectrales soient

Étude, au photomultiplicateur, des scintillations produites dans un écran de sulfure de zinc par des..

que les dimensions de cette zone à charge d’espace positive sont telles que la tension V sur la barrière est maximum, on peut calculer la distribution des.. potentiels

semble avoir négligé cette observation dans des travaux plus récents dans lesquels il signale que la loi de variation de la luminance en fonction de la

« reste constant dans la mesure où, à la température choisie, l’émission est due à un groupe de pièges qui a cette température pour température

la cwurtzite la distance rAB == 5/3 d à laquelle corres- pond suivant notre hypothèse le piège de pro- (lo) Les atomes zinc et soufre sont répartis dans la