ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
а им отвечает яркость, значительно мешыпая максималь ной на рис. 12.5), так и к ее уменьшению, если темновой ток соответствует максимуму яркости или, вообще, пра вой ветви яркости на рис. 12.5. На практике чаще встре чается первый случай, и при увеличении Ф добавочное свечение изменяет знак от положительного к отрица тельному. Явления фотоэлектролюминесценции наиболее детально изучались для сульфида цинка, поэтому как эти явления, так и явления тушения фотолюминесценции слабым полем, рассматриваются более подробно в разде ле VI. Кривые на рис. 12.5 m o h ih o рассматривать и как описание в первом приближении температурной зависи мости ЭЛ, так как рост температуры также должен при водить к увеличению /„ и спаду V0. Но в этом, более слож ном, случае необходимо еще учитывать и температурные зависимости процессов ионизации и рекомбинации.
§ 13. Зависимость яркости от температуры
Рассмотрим теперь, какую форму будет иметь зависи мость яркости свечения от температуры (при постоянном напряжении на кристалле) для барьера такого же типа, какой предполагался при подсчетах зависимости В (F). Вновь для определенности можно считать, что ударная ионизация происходит в барьерной области у контакта металла с полупроводником я-типа, хотя основные ре зультаты подсчетов смогут быть отнесены как к р — я-пе- реходам, так и барьерам, связанным с поверхностными состояниями.
С увеличением температуры ток насыщения / 0 быстро увеличивается, что сопровождается увеличением падения напряжения I 0M R в объеме кристалла, если М и R па дают медленнее, чем растет / 0. Во всяком случае с измене нием температуры Т будет происходить перераспределе
ние напряжения по кристаллу |
(т. е. |
V0 не будет постоян |
ным при V = const) и все величины, |
входящие в формулы |
|
яркости: / 0, М, N и Р, должны изменяться с увеличением |
||
Т. При этом изменение скорости ионизации G = I 0MN |
||
будет происходить не только |
из-за |
изменения / 0 и V0, |
но и вследствие зависимости коэффициента ионизации от Т при данном F0.
Таким образом, влияние температуры на яркость будет определяться как изменением условий, в которых происходит ионизация, так и зависимостью Р (Г), отно
90
сящейся ко второй половине процесса — рекомбинации электронов с дырками, захваченными центрами свечения
[52, 53, 67].
а) Влияние температуры на квантовый выход иониза ции при постоянном напряжении на барьере. Величина N зависит при данной напряженности поля в барьере как
от коэффициента ионизации а, так и от W — ширины слоя объемного заряда (см. (12.3)). Ширина барьера опре деляется его высотой со стороны полупроводника е ( ф + К 0) и концентрацией ионизованной донорной примеси, ко торая не скомпенсирована акцепторной примесью, если присутствуют оба вида примесей. Поскольку нас интере сует барьер в условиях сильного поля, ширину W можно считать не зависящей от Т, так как к началу ионизации донорные уровни будут опустошены воздействием темпе ратуры и поля. В этом случае влияние температуры ска жется только на времени расширения барьера после вклю чения напряжения, т. е. прежде всего на кинетике про цессов. При достаточно больших напряжениях, когда F 0 ф, величиной ф (Т) в выражении для W можно пре небречь.
Таким образом, зависимость N (Т) при данном V0 определяется величиной а (Г). Как и ранее, будем поль зоваться выражением (8.9) для а, соответствующим обла сти высоких полей. В этом случае N определяется следую щей формулой:
|
(13.1) |
где ст ~ |
, со — частота продольных оптических |
фононов и к — постоянная Больцмана. Величины а0 и Ь0 соответствуют значениям а и b в (12.7) при низкой темпе
ратуре, когда ст = 1. |
С увеличением Т коэффициент ст |
||
растет и N при данном В0 падает. На рис. |
13.1 приведена |
||
зависимость от температуры величины Ъ = |
Ь0ст при Ь0 = |
||
= |
27,6 в, что соответствует значению Ъ = |
40 в при Т = |
|
= |
300 °К, когда ст = |
1,45, если Ъ® — 0,043 эв (сульфид |
|
цинка). |
|
|
|
|
В выражение для 60 входит ширина запрещенной зоны |
||
кристалла АЕ, которая также зависит от температуры. Эти изменения составляют примерно 5 • Ю-4 эв/град и при
Т |
200 °К влияют |
на величину Ь значительно слабее, |
||
чем изменения |
ст- |
Поэтому при подсчетах N |
(Т) зависи |
|
мости А Е (Т) |
и Ъ0 |
(Т) достаточно учитывать |
лишь при |
|
Г < 250°К, когда ст — 1. Учитывая изменения N (Г), можно найти зависимость V0 (F) при разных Т , а затем и кривые V0 (Т) при V — const.
Заметим, что в случае явления Лосева в кристаллах ZnO с одним барьером у катода наблюдаемые изменения N (Т) при V0 = const хорошо согласуются с вычисленны ми по (13.1) (см. раздел V).
100 |
200 |
300 |
000 |
500 |
Рис. 13.1. Изменение различных величин с температурой (расчет). У0 — на пряжение на барьере, Т|0 — энергетический выход без учета температурного гашения (§ 14), N — квантовый выход ионизации, Ь — величина в показателе
экспоненты выражения (13.1), I! — ток при V0 = 1 в, R — сопротивление объемной части образца. Внешнее напряжение V = 20 в.
б) Зависимость напряжения на барьере от температу ры. Приложенное к кристаллу напряжение распределя ется между барьерной и остальной частями кристалла. Падение напряжения на однородной части кристалла
равно I 0R, или, с |
учетом |
умножения носителей, I 0RM |
||
(70 |
— ток насыщения барьера, R — сопротивление объе |
|||
ма |
кристалла). |
/ 0 и J 0R приводились ранее. Уравне |
||
|
Выражения для |
|||
ние (12.5) может быть записано в виде |
||||
|
|
|
|
(13.2) |
где |
еф — высота |
барьера |
со |
стороны полупроводника, |
а с |
— постоянная, |
имеющая |
размерность в1/! (предпола |
|
гается слабая или одинаковая температурная зависимость р и р 0). При ширине барьера Wr — 10~5 см (что соответ ствует концентрации доноров около 1017 см'3), длине об
92
разца d = 30 мкм и [л = 2 pi0 коэффициент с = 3-102 в1''2. Величина еср для многих образцов люминофоров имеет порядок десятых долей эв. Кривая на рис. 13.1, показы вающая изменение I XR с температурой, относится к еф = = 0,16 эв и I XR = 0,4 в при Т — 300 °К.
Находя N и М при данных Та V0, атакж е/0й по (13.2), можно определить соответствующее внешнее напряжение V. Так как основные изменения N определяются экспонен циальным множителем в (13.1), слабую зависимость от
температуры величины |
а = а:, с т можно не |
учитывать. |
|
, На рис. 13.2 показаны зависимости |
F 0 от |
V при не |
|
скольких температурах. |
При низких |
температурах уже |
|
при небольших V сопротивление барьера вследствие быст рого роста М уменьшается настолько, что при дальнейшем увеличении К напряжение на барьере почти не возрастает.
Рис. 13.2. Зависимость напряжения на барьере |
V0 от общего |
напряжения |
V на кристалле при различных температурах. Кривые построены при значе |
||
ниях параметров а = 10,6, Ь = 40 в и I,R = |
0,4 в при Т = |
300 °К. |
На высоких температурах зависимость V0 (V) также не линейна, но насыщение наступает при более высоких V. Данные рис. 13.2 могут быть использованы для вычисле ния зависимостей яркости от напряжения при различных температурах. Особенности этих кривых и их соответствие опытным кривым обсуждаются в разделе VI о сульфиде
цинка. |
! |
Из семейства кривых V0 (F) можно получить зависимо |
|
сти V 0 (Т) при V = const |
[67]. При малых напряжениях |
(в данном случае при V <С 12 б) F 0 плавно спадает с повы |
|
шением температуры, при |
больших — наблюдается вре |
93