Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

Предпробойная электролюминесценция изолированно­ го порошкообразного сульфида цинка в переменном электрическом поле была впервые обнаружена в 1936 'году Дестрио. Поэтому ее называют эффектом Дестрио *. Однако следует иметь в виду, что возможна также предиробойная электролюминесценциякристаллов, имеющих контакт с электродами, например, если к р—п переходу приложено достаточно большое напряжение в запорном направлении. Поэтому понятие предпробойной электро­ люминесценции шире понятия эффекта Дестрио.

1.2. МЕХАНИЗМ ПРЕДПРОБОЙНОЙ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ

i; Распределение поля в кристалле

При выяснении механизма любой электролюминесценции, в том числе и предпробойной, необходимо ответить на следующие три

торыми энергии электрического поля приводит в конце концов к ис­

тролюминесценции включает начальные стадии развития пробоя. Однако в отличие of пробоя для возникновения электролюминесцен­ ции достаточно, чтобы сильное электрическое поле существовало в небольшом объеме кристалла, например возле р—п перехода или просто на краю изолированного кристалла. Поскольку кристаллофосфоры имеют широкую запрещенную зону, их сопротивление обыч­ но бывает велико. Поэтому Детальной объем кристалла служит балластным сопротивлением, не дающим разриться пробою, Способ­ ному разрушить электролюмйнесцирующий кристалл. В то же вре­ мя слишком большая величина этого сопротивления приводит к падению на нем, сЛйшком большой части приложенного напряже­ ния. Поэтому на практике ;etc стремите# сделать как можно мень­ шим, так сказать, «балансируя на грани пробоя».

Концентрация электрического поля в небольшой части крИс; талла происходит в результате возникновения пространствённбгб заряда, который сосредоточен на ионизованных дбнбрйх; ёслй он положителен, или акцепторах-, если отрицателен. На рис. 1.2. изображено распределение зарйдё; поля и потенциала в кристаллё. Как видно, в области просТрайсТйёйнбгб заряда поле наибодуирё и постепенно спадает по мере йрбникновёнйй внутрь криста.>ьтау||§ж1

минесценции по способу ДеёТрйб, кристаллики электролЮминофбрЙ нельзя рассматривать,'как йоЛностью изолированные, потому чтб

13

Как показал Й. К. Верещагин с сотрудниками [1,, 2], в области барьера в этом случае происходит ударная ионизация, вызванная электронами, проникающими из электрода. По мере роста прило­

Рис. 1.3. Электронные переходы, происходящие в сильном электри­ ческом поле:

а — туннельные (и связанные с ними) переходы; 6 — переходы под действием

ударов высокоэнергетических электронов.

1 — ионизация ловушек; 2 — ионизация центров люминесценции; 3 — ионизация кристаллической решетки; 4 — проникновение электронов из электрода сквозь (4' — поверх) потенциальный барьер; еф — высота потенциального барьера.

Наклонными стрелками указано изменение энергии электронов и дырок под действием электрического поля. Наклон определяется потерями энергии из-за взаимодействия с кристаллической решеткой (рассеяния на фононах, примесях

а также ток через кристалл. Однако не все приложенное внешнее напряжение сосредоточено в области барьера, таккак заметная доля его идет на преодоление омического сопротивления остальной части кристалла. С ростом тока эта доля увеличивается, а напря­ жение на барьере достигает насыщения. Яркость после этого про­ должает расти приблизительно пропорционально току, а ток растет с увеличением общего приложенного напряжения, значительно более

15

бывает очень мал, так как излучательные рекомбинации должны происходить в области сильного поля, а при большой энергии носи­ телей заряда рекомбинации гораздо менее вероятна чем то, что носитель заряда пролетит сквозь область сильного поля и уйдет в электрод. Только если в кристалле имеемся несколько барьеров,

этому в отличие от рекомбинацион­ ной электролюминесценции малая вероятность рекомбинации р об­ ласти сильного поля не сказывается на коэффициенте полезного действия. Если концентрация Мп достаточно велика, то к. п. д. свечения в постоянном поле может быть больше, чем к. п. д. ре­ комбинационной люминесценции.

Возбуждение переменным напряжением

)

Возбуждение переменным напряжением имеет ту особенность, что для него не требуется сквозного тока, а следовательно, и не­ посредственного контакта с электродами. Бесконтактное возбуждение предпробойной электролюминесценции применяется в настоящее время наиболее широко. Обычно для наблюдения эффекта Дестрио порошкообразный электролюмикофор погружают в какой-нибудь органический диэлектрик и эту смесь помещают в переменное элек­ трическое поле между обкладками конденсатора, одна из которых прозрачна. Такой конденсатор называется электролюминесцеятным

(ЭЛК).

*' На самом деле слабый сквозной ток все же имеется. Интерес­ но, что он нередко бывает направлен преимущественно в одну сто­

рону,, так что ЭЛК оказывается обладающим выпрямляющими свой­

ствами.

16

Не успевшие прорекомбипиройать, а также вновь Возникшие Свобод* ные носители заряда снова разводятся электрическим полем на концы кристалла с тем, чтобы в следующий полупериод опять устремиться навстречу друг другу. Таким образом, дважды за пе­ риод напряжения свободные носители заряда встречаются друг с другом. В результате получаются две вспышки свечения за период Приложенного напряжения.

напряжения, имеют возможность встретиться вновь, к. п. д. эффекта Дестрио значительно выше, чем к. п. д. предпробойной электро­ люминесценции, возбуждаемой постоянным напряжением. Однако и к. п. д. эффекта Дестрио. невелик: в свет превращается всего не­ сколько процентов подводимой энергии.

Основные характеристики

Прежде всего заметим, что если фотолюминесцентные свойства характеризуют только вещество, то электролюминесцентные свойства характеризуют в такой же мере вещество, как и устройство' Происходит это пото­ му, что электролюминесценция всегда связана с про­ хождением тока. Поэтому она зависит от того, возможно ли в данной системе сквозное прохождение тока и ка­ ковы условия на контактах.

При исследовании электролюминесценции обычно рассматривают следующие характеристики:

1. Зависимость яркости от величины возбуждающего напряжения. В тех случаях, когда возбуждение ведется постоянным напряжением, обычно рассматривается так­ же зависимость яркости от тока. При возбуждении пере­ менным напряжением рассматривается зависимость яркости от частоты.

2.Спектр свечения. Он также зависит от условий возбуждения и, прежде всего, от частоты.

3.Энергетический выход, т. е. отношение мощности, испускаемой в виде света, к электрической мощности, поглощаемой ЭЛ К или кристаллом. Иногда вместо энер­ гетического пользуются квантовым выходом, т. е. отно­ шением числа испускаемых в единицу времени квантов

кчислу электронов, проходящих за это время через электролюминесцирующее устройство. Для характери­ стики источника видимого света, предназначенного для восприятия глазом, а не прибором, пользуются величи­ ной, называемой светоотдачей, т. е. отношением светового потока в люмен [етлх)щаедо_и_мощности в ват-