Photo-transferred thermoluminescence characteristics of beta-irradiated MgO nanopowders

Abstract

MgO nanotozlarındaki sığ tuzak merkezleri foto-transfer termolüminesans ölçümleri kullanılarak karakterize edildi. Deneyler sabit ısıtma hızı ile 10-300 K düşük sıcaklık aralığında gerçekleştirildi. Sığ tuzak merkezleri ilk olarak oda sıcaklığında S90/Y90 kaynağı ile ışıma yaptırarak ve daha sonra 10 K sıcaklığında mavi LED kullanılarak ışıklandırarak yük taşıyıcıları ile dolduruldu. Termolüminesans eğrisi 150 K civarında bir pik gösterdi. Eğri fit analizleri bu pikin maksimum sıcaklıkları 149.0 ve 155.3 K olan iki birbirinden ayrı pikten oluştuğunu gösterdi. Piklere karşılık gelen tuzak merkezlerinin aktivasyon enerjileri 0.70 ve 0.91 eV olarak ortaya çıkarıldı. TL süreçlerindeki baskın mekanizma, hızlı geri tuzaklanmanın bant boşluğu içerisinde gerçekleşen geçişlerde etkili olduğunu ifade eden ikinci dereceden mertebe olarak bulundu. Analizler ayrıca ilk yükselme ve pik şekli metotları kullanılarak yapıldı. Tüm sonuçlar birbirleri ile uyumluluk gösterdi. MgO nanotozların yapısal karakterizasyonu x-ışını kırınımı, tarayıcı elektron mikroskobu ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskobi ölçümleri ile incelendi. Deneysel gözlemlerin analizleri MgO nanotozların 20-30 nm civarında parçacık boyutuna sahip iyi kristallik özelliği gösterdiğini işaret etti.

Shallow trapping centers in MgO nanopowders were characterized using photo-transferred thermoluminescence measurements. Experiments were carried out in low temperature range of 10-300 K with constant heating rate. Shallow traps were filled with charge carriers firstly by irradiating the sample at room temperature using S90/Y90 source and then illuminating at 10 K using blue LED. Thermoluminescence glow curve exhibited one peak around 150 K. Curve fitting analyses showed that this peak is composed by individual peaks with maximum temperatures of 149.0 and 155.3 K. The activation energies of corresponding trapping centers were revealed as 0.70 and 0.91 eV. The dominant mechanism for TL process was found as second order kinetics which represent that fast retrapping is effective transitions taking place within the band gap. Analyses were also done using initial rise and peak shape methods. All results were in good agreement with each other. Structural characterization of MgO nanopowders were investigated using x-ray diffraction, scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy measurements. Analyses of experimental observations indicated that MgO nanopowders show good crystallinity with particle size around 20-30 nm.