פוספור הוא מונח כללי לכל חומר שיכול לפלוט אור כאשר מחשוף לקרינה או שדות חשמליים. הוא происходит מהמילה היוונית "פוספורוס", שמשמעותה "מביא אור". פוספורים הם בדרך כלל מוליכים למחצה, שיש להם שלושה פסי אנרגיה: פס ערך, פס מוליכות ופס אסורים.
פס הערכה הוא רמת האנרגיה הנמוכה ביותר שבה אלקטרונים נמצאים בדרך כלל. פס המוליכות הוא רמת האנרגיה הגבוהה ביותר שבה אלקטרונים יכולים לנוע באופן חופשי. פס האסור הוא הפער בין פס הערכה לפס המוליכות, שבו לא יכולים להיות אלקטרונים.
פוספורים יכולים להתעורר על ידי הוספת זיהומים או דופנטים, המוצרים רמות אנרגיה נוספות בתוך פס האסור. רמות אנרגיה אלו פועלות כתפוחים לאלקטרונים או חורים (טעונות חיוביות) שנמרצים על ידי קרינה או שדות חשמליים. כשהאלקטרונים או החורים חוזרים למצביהם המקוריים, הם משחררים אנרגיה כפוטונים של אור.
איך כיסוי פוספורי ממיר קרינה UV לאור נראה
התהליך של המרת קרינה UV לאור נראה על ידי כיסוי פוספורי נקרא פלואורסנציה. פלואורסנציה מתרחשת כאשר אטום או מולקולה סופגים פוטון של קרינה בעלת אנרגיה גבוהה ומפרישים פוטון של קרינה בעלת אנרגיה נמוכה. ההבדל בין האנרגיה של הפוטון הסופג לפוטון המופרש מפוזר כחום.
האיור הבא מדגים איך פלואורסנציה עובדת בכיסוי פוספורי עשוי מסולפיט צינק (ZnS) המופעל עם כסף (Ag) כפעיל.
מודל פוספור של סולפיט צינק
A – B :- קפיצה של אלקטרון
B – E :- היגרה של אלקטרון
E – D :- קפיצה של אלקטרון
D – C :- קפיצה של אלקטרון
A – C :- היגרה של חור
פוטון של קרינה UV באורך גל של 253.7 nm פוגע בכיסוי הפוספורי וממריץ אלקטרון מאטום גופרית (S) לאטום צינק (Zn). זה יוצר חור חיובי בפס הערכה ואניון שלילי (Zn^-) עם אלקטרון נוסף בפס המוליכות.
האלקטרון הנוסף עובר מאניון Zn^- אחד לשני דרך מבנה 결정י בפס המוליכות.
בינתיים, החור החיובי עובר מאטום S אחד לשני בפס הערכה עד שהוא מגיע לאטום Ag, שפועל כטוען.
האטום Ag נוטל את האלקטרון מאניון Zn^- הקרוב אליו ומשלים לניטרלי (Ag^0). זה משחרר פוטון של אור נראה באורך גל ארוך יותר מאשר הפוטון UV.
האלקטרון מהאטום Ag^0 קופץ בחזרה לאטום S שבו נוצר החור, ובכך משלים את המחזור.
צבע האור הנראה תלוי בהבדל האנרגיה בין רמת הטוען של Ag לרמת Zn^-. טוענים שונים יכולים ליצור רמות טוען שונות ובכך צבעים שונים. למשל, נחושת (Cu) יכולה לייצר אור ירוק, מנגנזה (Mn) יכולה לייצר אור כתום וקדמיום (Cd) יכול לייצר אור אדום.
סוגי וכיווני שימוש בכיסוי פוספורי
