Файл: Верещагин, И. К. Электролюминесценция кристаллов.pdf

охватывают обычно встречающиеся значения этого про­ изведения.

При данном Ъвеличина а не может быть произвольной. Отношение Ыа по теории ударной ионизации зависит от энергии, которую необходимо затратить на создание пары свободных носителей, т. е. связано с типом материала. Действительно, если воспользоваться аппроксимацией выражения Вольфа для коэффициента ионизации (8.4), то зависимость а (&) может быть представлена в следующем виде:

Ш— в в1см, Е о — порог ионизации— в эв, I — средняя дли­ на свободного пробега электронов — в см, — энергия оптических фононов — в эв). Учитывая выражение для толщины барьера (12.3) и (9.4) для N = та (ёт) W, по­ лучим (12.7), в котором

Ыа = 3,8 в, т. е. Еэ = 3,7 эв, что соответствует ширине

соотношения между Е э и АЕ будут отвечать промежуточ­ ной АЕ, т. е. данное отношение Ыа соответствует широ­ козонным материалам. Парис. 12.1 приведена серия зави­

b = 10 и 40 б [51]. Кривые V0 (F) испытывают насыщение

80

ния в объеме кристаллов до начала ионизации). При малых 1гВ V0 быстро достигает предельного значения, соответ­ ствующего N ^ 1, и далее поднимается очень медленно, так как токи через образец при этом велики (М -> оо); дальнейшее повышение V приводит практически только к увеличению падения напряжения в объеме. При больших токах / х и сопротивлениях В это падение велико даже при малых V0 и M (F 0), поэтому V0 растет медленно.

Рис. 12.1. Зависимость напряжения на барьере V0 пт напряжения

на кристалле V.

Из рис. 12.1 следует, что в общем случае F0 и V можно считать пропорциональными только в очень узких интер­ валах F. Зависимость В (F) неизбежно будет отражать не только зависимость В (F0), но и F0 (F), т. е. по виду опыт­ ной зависимости В (F) нельзя непосредственно судить о виде ионизационных процессов.

Кривые V0 (F) позволяют получить зависимость В (F) как в случае сквозного тока через кристалл, так и в случае возбуждения образца, изолированного от электродов, если известна часть внешнего напряжения, падающая на диэлектрике.

б) Зависимость яркости от напряжения. Полученные

81

где с8 содержит произведениеI-Jtn, долю периода, в течение которого действует поле, и множитель, отражающий еди­ ницы, в которых выражены ток и яркость. Так как здесь рассматривается только общая форма зависимости В (F) и В выражается в относительных единицах, абсолютное значение с3 не играет роли.

Уравнение (12.11) относится к случаю, когда основное свечение, возникающее под действием импульсного на­ пряжения, появляется при возврате электронов в область барьера (свечением, сопровождающим ионизацию, в этом случае можно пренебречь), и предполагает, что все реком­ бинации происходят в пределах люминофора (0 = 1), т. е. барьеры не располагаются на границе с неизлучаю­ щим материалом. При этом люминофор может и не быть изолированным от электродов, если в течение импульса напряжения дырки не достигают электродов. Это возможно как при возбуждении достаточно короткими импульсами напряжения монокристаллов с внутренними барьерами и большой концентрацией дырочных ловушек, так и слоев порошкообразных люминофоров, состоящих из цепочек мелких кристаллов п-типа с поверхностными (или внутрен­ ними) барьерами. Если относительная роль кристаллов, прилегающих к электродам, мала, то большинство реком­ бинаций произойдет в люминофоре даже на постоянном напряжении. Свойства типичных электролюминофоров на основе сульфида цинка, в частности, практически не за­ висят от того, изолированы образцы от электродов при возбуждении импульсным напряжением или нет, поэтому в подобных случаях достаточно воспользоваться зависи­ мостями F 0 (F), определяемыми только последователь­ ным сопротивлением толщи кристаллов.

Если ионизация происходит в поверхностном барьере монокристалла, то условие 0 = 1 может быть выполнено при отделении кристалла от электрода слоем диэлектрика. В этом случае общее напряжение на слоистой структуре Ve Ф V и подсчет зависимости яркости от Ve с помощью кривых F0 (F) возможен при известной зависимости F (Ve). Общая схема явлений в барьере, связанном с по­ верхностными уровнями (первоначальные электроны по­ ступают в область сильного поля с этих уровней) и форма зависимости В (F) будет такой же, как для р — н-пере- хода в глубине кристалла. Вид функции В (F) сохранится, если кристалл содержит два симметричных барьера, а воз­ буждение ведется переменным напряжением. Предполо-

82

Жепие о неизменности со временем / 2 и V0 приводит к ог­ раничению длительности возбуждающих импульсов, так как с течением времени V0 изменяется даже в пределах прямоугольных импульсов. Эти явления рассмотрены в разделе о кинетике ЭЛ (§ 15).

Так же как и при фотолюминесценции, в кристал­ лах возможны безызлучательные рекомбинации. Вероят­ ность излучательных переходов Р зависит прежде всего от особенностей образца и температуры. Зависимость Р (F) может появиться из-за освобождения дырок из центров свечения полем и последующего перехода этих дырок к центрам тушения. В случае ионизации только решетки подобное освобождение может происходить после ослаб­ ления поля, прекращения ионизации и захвата дырок цент­ рами свечения. Если одновременно с атомами решетки ионизуются и центры свечения, то освобождение дырок с уровней последних возможно и в моменты сильного по­ ля. Из опытов с тушением фотолюминесценции сульфида цинка переменным напряжением следует, что переход валентных электронов на уровни центров свечения про­ исходит после их столкновения с ускоренными полем электронами, т. е. основные механизмы тушения полем

ивозбуждения ЭЛ в этом случае одинаковы (§ 33). При этом зависимость числа освобожденных за период дырок

ивеличины Р от напряжения будет значительно более слабой, чем зависимость от напряжения общего числа со­

зданных полем дырок, так как минимальная энергия АЕ (или ДЕ — Е), необходимая для ионизации решетки или центров свечения, гораздо больше энергии Е, которая нужна для перевода электронов на уровни центров све­ чения. Таким образом, если интересоваться изменениями средней яркости В (V), то зависимость Р (V) в первом приближении можно не принимать во внимание, хотя та же зависимость может оказать заметное влияние на ки­ нетику свечения (§ 32).

На рис. 12.2 приведены кривые В (V), вычисленные при разных значениях параметров и постоянном Р. Ис­ пользуемые координаты In В и И~°>6 соответствуют эмпири­ ческой зависимости для порошкообразных фосфоров

( 12.12)

(6Х— постоянная). С ростом IjR при данных а и b яр­ кость уменьшается, так как определенному V при этом

83

соответствует все меньшие V0 и интенсивность ионизации. В достаточно большом интервале изменения V кривые на рис. 12.2 имеют характерную S-образную форму.

На рис. 12.3 приведены опытные зависимости В (F) для разных образцов, возбуждаемых различным путем. Общая форма как теоретических, так и экспериментальных

In В

1пЗ

кривых оказывается сходной. Основные предпосылки, введенные при получении расчетного выражения для яркости (ударная ионизация, значительное сопротивле­

процессов при ЭЛ достаточно хорошо описывает общую форму наблюдаемой зависимости В (V). Эта форма имеет одинаковый вид (для образцов, к которым относится рис. 12.3) как при возбуждении импульсным напряжением

84