On the kinetics of thermoluminescence processes

Abstract

The kinetics of the thermoluminescence (TL) is analysed using the conventional model of recombination and trapping in the case of initially filled traps in insulating material. A new parameter called fractional recombination probability is introduced. This parameter shows whether the physical process (either recombination or retrapping) is dominant in the TL at given temperature T. The shape of the TL curve and its peak position Tm, the trap occupancy μ, the symmetry factor of the TL curve μg, the fractional recombination probability γ, the free electron concentration, and the free electron lifetime are calculated as a function of temperature and trap parameters. The results show that γ depends, in general, on the temperature and the trap parameters and thereby characterizes various kinetics of the TL. The method based on the temperature dependence of the TL intensity I in the form In [I/(γμ)] = f(1/T) is suggested for the determination of the fractional recombination probability. The calculated dependence of μ(Tm), μg, and bg on γ(Tm) are strongly not univocal (bg is the effective kinetics order of the TL). Because the parameters μg and bg do not have, in general, simple connection with the physical TL process, they do not seem to be useful for the characterization of the TL kinetics. Die Kinetik der Thermolumineszenz (TL) wird mit dem üblichen Rekombinations- und Trap-Modell für den Fall anfänglich gefüllter Haftstellen im isolierenden Material analysiert. Ein neuer Parameter, die sogenannte fraktionelle Rekombinationswahrscheinlichkeit wird eingeführt. Dieser Parameter zeigt, ob der physikalische Prozeß (entweder Rekombination oder Retrapping) für eine gegebene Temperatur T in der TL dominant ist. Die Form der TL-Kurve, und die Lage ihres Maximums Tm, die fraktionelle Rekombinationswahrscheinlichkeit γ, die Konzentration freier Elektronen, und die Lebensdauer freier Elektronen werden als Funktion der Temperatur und Trapparameter berechnet. Die Ergebnisse zeigen, daß γ im allgemeinen von der Temperatur und den Trapparametern abhängt und deshalb verschiedene Kinetiken der TL charakterisiert. Eine Methode, die auf der Abhängigkeit der TL-Intensität I von der Temperatur, In [I/(γμ)] = = f(1/T), beruht, wird zur Bestimmung der fraktionellen Rekombinationswahrscheinlichkeit vorgeschlagen. Die berechneten Abhängigkeiten von μ(Tm), μg und bg von γ(Tm) sind stark uneinheitlich (bg stellt die Ordnung der effektiven Kinetik der TL dar). Da die Parameter μ und bg im allgemeinen keine einfache Verbindung mit dem physikalischen TL-Prozeß haben, scheinen sie für die Charakterisierung der TL-Kinetik nicht von Nutzen zu sein.