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

Минимум кривых на рис. 30.3 соответствует минимуму зависимости наклона от размера кристаллов при постоян­ ной температуре (см. рис. 29.3), так как в обоих случаях наклон определяется прежде всего величиной I XR. Но минимум на кривой Ъх (Т) несколько сдвинут в сторону низких I XR, так как одновременно с I XR с ростом темпе­ ратуры увеличивается и параметр Ъ. Совмещение мини­ мумов теоретических и опытных кривых Ъ1 {Т) и Ъх (IXR) дает еще одну возможность определения параметра I XR,

симостей Ъх от размера кристаллов (§ 29).

Таким образом, применение схемы явлений, описан­ ной в § 28 и предполагающей тепловое освобождение ускоряемых электронов с уровней определенной глубины, приводит к достаточно хорошим результатам при описании температурных характеристик свечения фракционирован­ ных люминофоров.

В общем случае могут осуществиться и более сложные варианты, включающие как несколько источников элек­ тронов разной глубины, так и различные механизмы осво­ бождения этих электронов.

Особой разновидностью ЭЛ является свечение образ­ цов, в которых возможна повышенная проводимость, вызванная предварительным внешним воздействием при достаточно низких температурах. Подобная «стимулиро­ ванная» проводимость, на несколько порядков превосхо­ дящая обычную, может быть вызвана освещением или действием электрического ноля, приводящих к появлению неравновесных носителей. Если носители одного из зна­ ков локализуются в местах кристалла, в которых вероят­ ность рекомбинации мала, то носители другого знака способны поддерживать повышенную проводимость об­ разца в течение длительного времени после прекраще­ ния внешнего воздействия. ЭЛ образца, находящегося в таком состоянии, также многократно увеличивается. Это наблюдалось как на пленках сульфида цинка [103], так и других образцах. Сведения об особенностях этого явления можно найти в обзоре [104] и книге Гольдмана и Жолкевича [105].

Если повышение электропроводности вызвано пред­ варительным освещением, то повышение ЭЛ может быть

205

обусловлено увеличением числа ускоряемых электропов, сак это наблюдается при фотоэлектролюминесценции, к. е. свечении, происходящем при одновременном дейттвии света и поля (§ 33).

§ 31. Энергетический выход

Энергетический выход (эффективность) ЭЛ определя­ ется отношением излученной энергии к поглощенной за то же время. Исследованию эффективности ЭЛ порошко­ образных образцов сульфида цинка было посвящено несколько работ [33, 44, 106—ИЗ].

При изучении выхода некоторые трудности возникают при измерении поглощенной люминофором электрической энергии, так как электролюминесцентный конденсатор является нелинейным элементом. Для измерения погло­ щенной энергии использовались мостовые схемы, ватт­ метр шлейфового осциллографа, калориметр и электрон­ ный осциллограф. При этом мостовой метод обычно дает меньшую точность, так как предполагает синусоидальную форму протекающего через люминофор тока.

Во всех случаях при повышении напряжения на кон­ денсаторе наблюдался максимум выхода, причем его величина составляла несколько процентов. Измерения производились как на обычных порошках, так и фракциях люминофоров [33, 107, 112]. Последние предпочтительнее, так как дают более точные данные, позволяют заметить влияние размеров кристаллов на выход и сопоставить опытные зависимости с теоретическими.

В дальнейшем результаты измерений на фракциях люминофоров приводятся вместе с кривыми, вычислен­ ными на основе принятой в § 28 модели. Теоретический выход электролюминесценции определяется в этом слу­

N — число ионизаций в барьере, приходящихся на один прошедший барьер электрон (квантовый выход иониза­ ции), hv — средняя энергия излучаемых квантов, и е — заряд электрона.

206

Выражение (31.1) подразумевает, что каждый носи­ тель проходит всю разность потенциалов V, т. е. электро­ ны и дырки оттягиваются полем к противоположным краям кристалла, и что общее число рекомбинаций в пределах кристаллов равно числу ионизаций, созданных за время действия импульса поля. Кроме того, (31.1) относится непосредственно к люминофору, выход реаль­ ного конденсатора будет несколько ниже за счет допол­

образцам сульфида цинка с синим и зеленым свечением

[33, 107].

Результаты опытов, приведенные в § 29, показывают, что практически все частицы участвуют в построении мостиков между электродами, поэтому напряжение V1: приходящееся на один кристалл, может быть найдено из соотношения К, = Vd/D, где D — расстояние между

*) Средняя электрическая мощность, поглощаемая в конден­ саторе, измерялась осциллографическим методом, подробно опи­ санным в [114]. Этот метод не ограничен синусоидальной формой ис­ следуемых величин и пригоден для большого интервала частот. Измерение мощности сводится к определению площади замкнутой кривой на экране градуированного осциллографа, на пластины которого подается напряжение на конденсаторе и напряжение, определяемое током в цепи ячейки. Потери энергии в диэлектрике были малы по сравнению с потерями в люминофоре и потому обычно не учитывались; точность измерений относительного выхода со­ ставляла около 7%.

207

обкладками конденсатора. На рис. 31.2 полученные та­ ким путем опытные зависимости ц (F J приводятся вме­ сте с вычисленными по (31.1) при нескольких значениях параметра I XR, входящего в (28.7). При этом из рисунка следует, что вид измеренных и теоретических кривых сходен, а увеличению параметра I XR соответствует уве­ личение d. Последнее объясняется тем, что бесполезное

Tj0,%,rj,ormed

с точки зрения выхода падение напряжения на одно­ родной части кристалла пропорционально его диаметру, причем d = uIxR, где и — коэффициент пропорциональ­ ности (§ 29).

Происхождение общей формы кривых ц (Fx) может быть пояснено с помощью рис. 12.1 и 14.1. По мере повы­ шения напряжения на кристалле напряжение на барьере F0 стремится к насыщению, так как интенсивная иониза­

небольших d, напряжение на барьерной области быстро достигает максимально возможного пробойного напряже­ ния (около 12 в при Ъ = 2 0 в). При больших I XR насыще­

208

частное N/V1 дает максимум при определенных напряже­ ниях.

То, что общая форма вычисленных зависимостей р (F) согласуется с формой опытных, следует также из рис. 14.2.

б) Максимальное значение выхода для частиц разного диаметра. Из графиков р (Vj) типа рис. 31.2 могут быть получены максимальные значения выхода рто и соответст­ вующие им напряжения на одном кристалле Vm. На

d, мкм

ч ен и я тр1т и V п р и в о д я т ся в за в и си м о ст и от Г ,Я п р и т р е х зн а ч е н и я х Ь (с п л о и т

ны е к ри в ы е ). О пы тны е зн а ч ен и я т е х ж е вел и ч и н (точ к и ) о т н о ся т ся к н еск ол ь к и м ч астотам . Н а п р я ж е н и е — а м п л и т у д н о е , и — 2 мкм/в.

рис. 31.3 приведены как опытные зависимости этих ве­ личин от d, так и расчетные при трех значениях парамет­ ра Ъ. В последнем случае при размещении шкалы 1гД по отношению к шкале d учитывалось, что для люмино­ фора ЭЛ-510 в согласии с данными § 29 опытные значе­ ния и колеблются в пределах 3 —6 мкм/в. С другой сто­ роны, сам рис. 31.3 в числе других может быть исполь­ зован для определения и путем совмещения теоретических

иэкспериментальных кривых. Рис. 31.3 свидетельствует

отом, что в пределах ошибок опытов экспериментальные

ирасчетные данные хорошо согласуются, причем на низ­

ких частотах это согласие наблюдается при b = 1 0 в. При частотах в несколько килогерц более подходящим оказывается значение b = 20 в. При выбранном для дан­

309