Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

только разницей, что вместо й т в ней стоит величина й , зависящая от координаты в кристалле. Для того чтобы получить полное число актов ионизации, надо проинтегрировать полученное выражение по всей области пространственного заряда. Это приведет к интеграль­ ной показательной функции, которую можно аппроксимировать экспонентой вида (3.14) с медленно меняющимся предэкспоненциальным множителем.

Предложенное объяснение формулы (3.12), однако, не единствен­ но возможное. В действительности дело обстоит гораздо сложнее, причем осложнения имеют как экспериментальный, так и теоретиче­ ский характер. Измерения, проведенные на отдельных кристалликах, выбранных из порошка электролюминофора, показали, что для них зависимость яркости от наппяжения не описывается формулой (3.12). Таким образом, возможно, что эта форма зависимости ярко­ сти от напряжения не элементарна и появляется в результате усред­ нения.

С другой стороны, теоретически соотношение (3.14) справедливо только в том случае, когда средняя длина свободного пробега 1<з электронов не зависит от их энергии; на самом деле она нередко возрастает с ростом энергии электрона, так как быстрые электроны меньше реагируют на неоднородности электрического поля, возни­ кающие при колебаниях кристаллической решетки. В предельном случае рассеяния только на этих неоднородностях * вероятность набрать энергию, достаточную для ионизации, оказывается пропор­ циональной ехр (—const/ й 2)- Для яркости это дает зависимость

хотя и неявное, предположение, что количество первичных электро­ нов, поступающих в область сильного поля, не зависит от напряжен­ ности поля. В действительности это вовсе не обязательно. Так будет, если электроны, попадающие в область сильного поля, проникают в кристалл поверх потенциального барьера, образующегося, напри­ мер, на границе между сульфидом цинка и проводящей фазой. Если же они проникают в кристалл сквозь этот барьер, то их число будет зависеть от напряжения, причем эта зависимость будет описываться формулой, подобной (3.12). Таким образом, экспериментальную за­ висимость яркости от напряжения можно истолковать и как зависи­ мость от напряжения количества первичных электронов, попадающих в область сильного поля. При этом приходится предположить, что все они достигают энергии, достаточной для ионизации **.

Однако это предположение не более обосновано, чем предполо-.' жение о независимости от напряжения числа проникающих в кри­ сталл электронов. В действительности играет роль и то и другое. От напряжения зависит и вероятность проникновения электронов сквозь потенциальный барьер, и вероятность того, что, попав в область сильного поля, они приобретут достаточную для ионизации энергию. В разных электролюминофорах соотношение между этими вероят­

*Такие неоднородности особенно велики в кристаллах с боль­ шой долей ионной связи, к которым принадлежит и сульфид цинка.

**Так может быть, еслц поле достаточно сильно.

118

б6еспё4ийае4 наблюдаемую на ойь1те эйспоиенцйальную зависи­ мость *.

ния ЭЛК, приготовленных из различных электролюмино­ форов, от величины возбуждающего напряжения сверх­

увеличивает значение b при неизменных частотах воз­ буждения [15]. Для конденсаторов с фракционирован­ ным люминофором b возрастает с увеличением размера кристаллов [16].

Частотные характеристики

С увеличением частоты возбуждающего напряжения яркость ЭЛК возрастает сублинейно. При небольших значениях частот яркость растет почти линейно с измене-

* Вообще говоря, такая же зависимость может получиться- в при туннельной ионизации центров люминесценции или кристаллической решетки под действием сильного электрического поля. Однако этот процесс будет преобладать лишь цри почти полном отсутствии источника электронов, поставляющего их в область сильного поля, так как для туннельной ионизации требуется поле большее, чем обыч­ но необходимо для ударной ионизации,

V

нйёМ Частоты, а При высоких стремится к насыщению. Чем выше напряжение, тем больше частотный диапазон, в пределах которого поддерживается линейная зависи­ мость. Обычно рост яркости объясняется тем, что число актов ионизации, происходящих в течение одного перио­ да, мало зависит от частоты, и поэтому увеличение чис­ ла периодов в секунду вызывает соответствующее уве­ личение числа актов ионизации в единицу времени. Однако это объяснение не вскрывает механизма явления: остается неясным, почему число актов ионизации, проис­ ходящих в течение одного периода, оказывается посто­ янным. Отклонение от пропорционального увеличения яркости с частотой объясняется наличием целого ряда конкурирующих процессов. Их можно разделить на две группы: внешние по отношению к электролюминофору и внутренние.

Среди внешних факторов наибольшую роль играют следующие:

а) уменьшение с ростом частоты емкостного сопро­ тивления прослоек диэлектрика между кристаллами элек­ тролюминофора.' Это приводит к росту напряжения, при­ ходящегося на кристаллик и, следовательно, к росту яркости;

б )уменьшение диэлектрической постоянной диэлек­ трика на высоких частотах. Это замедляет рост яркости, т. е. действует противоположно первому фактору;

в) перераспределение напряжения между электрода­ ми и слоем ■электролюминофора (увеличение падения напряжения на прозрачном электроде из-за поверхност­ ного сопротивления проводящей пленки может привести к падению яркости на высоких частотах). Если выход (блока, питающего ЭЛК, имеет индуктивность, он может образовать с самим ЭЛК резонансный контур. Тогда при частоте возбуждающего напряжения, равной резо­ нансной для этого контура, может появиться максимум яркости электролюминесценции, возникший просто из-за того, что повысилось напряжение, фактически приложен­ ное к ЭЛК.

Все эти факторы не имеют прямого отношения к ме­ ханизму электролюминесценции, но с ними приходится считаться как при конструировании ЭЛК, так и при ис­ следовании механизма эффекта Дестрио. В частности, из сказанного следует, что при работе на низких часто­ тах диэлектрик находится в более тяжелых условиях,

120

приходиться недостаточная для ионизации разность потенциалов. За время полупериода ионизации плотность пространственного заряда постепенно возрастает. Если частота приложенного напряжения достаточно мала, то пространственный заряд может пройти через оптимум. Это опять приведет к тому, что интенсивная ионизация будет происходить лишь в течение части полупериода, так же как это было при истощении источника электронов. На некоторой сред­ ней частоте пространственный заряд будет близок к оптимальному. На более высоких частотах он не будет достигать оптимума и, сле­ довательно, рост яркости с частотой замедлится. В некоторых слу­ чаях при малых напряжениях, когда пространственный заряд форми­ руется медленно, яркость электролюминесценции может даже начать уменьшаться с ростом частоты, хотя на тех же частотах при более высоких напряжениях яркость возрастает [17].

Совместное действие перечисленных внешних и вну­

в большом диапазоне частот аппроксимировать степен­ ной зависимостью с показателем, несколько меньшим единицы, например, 0,7 или 0,8.

Экспериментальные исследования показали, что воз­ растание яркости с частотой различно для разных лю­ минофоров (рис. 3.5).

Из приведенных рисунков видно, что у всех электро­ люминофоров яркость свечения при увеличении частоты возбуждающего поля возрастает медленнее, чем линей­ но. Электролюминофоры с зеленым и желтым цветом свеченид имеют -наиболее резкое насыщение яркости с ростом частоты возбуждающего поля, в то время как электролюминофоры с синим цветом свечения не имеют заметного насыщения в области частот до 10 кГц.

Инерционность

Инерционные характеристики электролюминофоров весьма сложны, и количественная теория их еще не со­ здана. Тем не менее, основные качественные особенности инерционных свойств электролюминофоров имеют доста­ точно простое физическое объяснение. Прежде всего отметим, что необходимо различать инерционные харак­ теристики, относящиеся к средней и к «мгновенной» ве­ личинам яркости. Вообще говоря, яркость электролюми­ несценции пульсирует в такт с приложенным напряже­ нием, т. е. много раз в секунду. Уровень яркости в каж­ дый данный момент определяется не скоростью иониза­ ции в этот момент, а скоростью рекомбинации на цен-

122