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

изолированных кристаллов, так и при возбуждении их в условиях,когда через образцы протекает постоянный ток. Как уже отмечалось, при малом М этого можно было ожи­ дать при слабой зависимости / 0 (F), которая и присуща данным образцам. Опытные зависимости В (F) приводят­ ся также на рисунках в разделах У и VI.

В некоторых частных случаях зависимость В (F) уп­ рощается. Так, при больших напряжениях, когда F0 приближается к предельному, при котором N ж 1, из

нейная зависимость яркости от напряжения (F0 почти постоянно в этом случае) действительно наблюдается при высоких напряжениях.

Из выражения В ~ I 0M (F0) N (F0) следует также, что если ток / 0, входящий в барьерную область, постоя­ нен, то одинаковой яркости будет отвечать условие F 0 = = const. Тогда напряжение F, соответствующее постоян­

= const) увеличению R будет соответствовать увеличение толщины кристаллов d. В этом случае следует ожидать, что при увеличении d свыше толщины области объемного заряда (когда F = F0), напряжение, необходимое для сохранения постоянной яркости, будет линейно увеличи­ ваться. Подобного типа зависимость F (d) действительно наблюдалась для серии пленочных образцов сульфида цинка с различной толщиной (§ 27). Помимо яркости по­ лезно также сравнение формы зависимости тока от напря­ жения, измеренной и рассчитанной по той же модели. Расчетная зависимость определяется формулой

(12.13)

Подобное сравнение проводилось, например, для образ­ цов сульфида цинка (§ 28, п. б). Если / 0 не содержит тун­ нельной составляющей, то (12.13) хорошо описывает опыт­ ные зависимости 7(F).

Следует отметить, что зависимость В (F) той формы, которую показывают рис. 12.2 и 12.3, может проявиться только в условиях либо одного барьера в кристалле либо набора одинаковых кристаллов, барьеры в которых

85

обладают сходными свойствами [65]. Для обычных порош­ кообразных люминофоров условия возбуждения в микро­ кристаллах разного размера различны и наблюдаемая зависимость В (F) является усреднением элементарных за­ висимостей отдельных кристаллов (§ 29, п. г). В этом слу­ чае зависимость В (F) приближается к прямой в коорди­ натах In В и F -0»5, т. е. оказывается справедливым (12.12). Происхождение этой эмпирической формулы связано со следующим. При небольших N основные изменения яр­ кости определяются числителем в (12.11), т. е. В ~ ~ ехр (—blV0). Из рис. 12.1 следует, что при достаточно больших IiB зависимость F() (F) может быть представле­

на (очень приближенно) в виде F0 ~ У F. Это обстоятель­ ство вместе с усреднением по размерам зерен и приводит к возможности пользоваться для порошкообразных лю­ минофоров эмпирической формулой (12.12). Влияние раз­ меров кристаллов на яркость ЭЛ и ее зависимость от на­ пряжения, особенно подробно изучавшиеся для ZnS-лю- минофоров, рассматриваются в разделе VI.

Примененное выше выражение для яркости (12.11) соответствует постоянству скорости ионизации в пределах

прямоугольных импульсов с достаточной для появления поляризации длительностью, так и к случаю синусоидаль­ ного напряжения. Это связано с тем, что даже при силь­ ных изменениях F„ в течение импульсов, из-за быстрой зависимости В (F0) основное число ионизаций за импульс определяется максимальным значением F0.

В условиях, когда длительность импульсов настолько велика, что внутреннее поле в кристалле полностью вы­ тесняется в изолирующие прокладки, можно ожидать ли­ нейной зависимости яркости от напряжения [66]. В этом случае общий заряд eQ возникших вследствие ионизации электронов и дырок таков, что он полностью компенсирует напряжение на люминофоре (или почти полностью, так как ионизация прекращается при некотором минимальном

достаточно отделить кристалл слоем диэлектрика от од­ ного из электродов (структура металл — изолятор — полупроводник). Подобный способ применялся для воз-

86

Преимуществом такого способа является возможность использовать однородные кристаллы тех веществ, в кото­ рых не удается создать р —п-переходы, а также несколько снизить напряжение по сравнению со случаем кристалла, изолированного от обоих электродов. По мере повышения отрицательного напряжения на изолированном электроде у поверхности кристалла с электроннной проводимостью образуется обедненный носителями слой, в котором может развиваться ударная ионизация. В следующий полупериод напряжение возвращает электроны к границе с ди­ электриком* происходит рекомбинация и испускается свет. Если слой полупроводника тонок, то в этот полупериод возможен вывод части дырок в омический контакт, вследствие чего может преобладать излучение, происходя­ щее одновременно с ионизацией в предыдущий полупериод

[77, 78].

Зависимость интенсивности излучения от внешнего на­ пряжения Ve для полуизолированного кристалла проще получить для области больших напряжений, которым со­ ответствует напряжение на люминофоре FJg> Vb , где Vb — напряжение пробоя, при котором коэффициент умножения очень велик. Если заряд основных носителей, отведенных полем от границы изолятор — полупроводник до начала ионизации, мал по сравнению с зарядом неосновных но­ сителей, созданных после начала ионизации, то прибли­ женно можно считать, что конденсатор с диэлектрическим слоем толщиной d и емкостью С заряжается до напряжения Ve — Vb (напряжение на слое полупроводника не может превысить Vb)- Заряд дырок, приходящихся на единицу

поверхности eQ = С (Ve — Vb) = ~ (Ve — Vb), где е —

диэлектрическая проницаемость изолятора, число реком­ бинаций после изменения направления поля пропорцио­

87

в) Влияние первоначального тока на яркость. Фото­ электролюминесценция. В условиях, когда напряжение на кристалле постоянно, увеличение числа электронов, инжектируемых в область сильного поля и затем уско­ ряемых, будет приводить, с одной стороны, к увеличению числа ионизаций и яркости свечения, а с другой,— к ро­

Если сопротивление объема кристалла R постоянно, то зависимость яркости от 1Химеет вид, изображенный на рис. 12.4. При малом значении произведений I XR и 10RM напряжение в области барьера равно внешнему напряже­ нию, F0 = const и яркость линейно растет с током. Этот участок сменяется насыщением и спадом яркости при больших токах, так как с уменьшением V0 падает, а затем и прекращается ионизация. Положение, когда R = const, а ток / 0 увеличивается, соответствует нескольким возмож­ ным практическим случаям: понижению барьера на по­ верхности кристалла, улучшению контакта между кри­ сталлами, переходу от изолированного кристалла к слу­ чаю контакта его с металлом или другим низкоомным веществом, увеличению заполнения поверхностных уров­ ней, являющихся источником электронов, и другие ва­ рианты. Наблюдалось, в частности, увеличение яркости при соприкосновении двух кристаллов сульфида цинка

88

L . . .

и рост электролюминесценции окиси цинка при неболь­ шом уменьшении высоты поверхностных барьеров (§ 21).

Другим возможным случаем является тот, при котором увеличение первоначального тока сопровождается умень­ шением Я. Подобное явление может происходить при уве­ личении размера кристаллов (идеализированный случай кубических частиц, когда / 0 ~ (Я, а Я ~ d-1, где d — ребро куба), или при освещении кристаллов, когда обрат­ ный ток диода увеличивается с ростом интенсивности света Ф, а сопротивление объема падает.

Этот вариант иллюстрируется рис. 12.5, который относится к случаю Я ~ 1~'Ь и 1гЯ ~ lx'/*,

V 7„). Кривые типа изображенных на рис. 12.5 хорошо описывают зависимость яркости фотоэлектролюминесцен­ ции (т. е. свечения при одновременном возбуждении лю­ минофора светом и полем) от интенсивности освещения Ф. В этих условиях первоначальный ток 70 состоит из темнового 7т и'фототока /ф, и добавочное свечение (по сравнению с фотолюминесценцией в отсутствие поля и электролюминесценцией без освещения) обусловлено до­ полнительными ионизациями, появившимися при умно­ жении /ф [52]. Увеличение Ф и /ф ~ Ф может привести как к увеличению электролюминесценции, связанной с суммарным током 70 = 7Т + /ф (если значения 7Хмалы

89