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

вает электропроводность люминофора, естественно пред­ положить, что добавочное свечение связано с носителями, освобожденными при поглощении света. В этом случае первоначальный ток, входящий в барьеры, равен сумме

наковы (см. рис. 33.4). При сильном освещении (Iф ^ > /т) ионизация и свечение соответствуют новым (снижен­ ным) значениям F0 и наклон для Д7?эл может отличаться от наклона кривых яркости ЭЛ. В этом случае имеет смысл рассматривать изменение наклона величины Д2 =

— Вфэл — Вфл, которая соответствует ЭЛ, связанной как с темновыми, так и фотоносителями. Увеличение интенсивности освещения Ф отвечает тогда росту пара­ метра I XR в схеме явлений, использовавшейся ранее для описания ЭЛ (§ 28), и должно привести к появлению зависимости наклона кривых Д2 от Ф с минимумом, типа приведенной на рис. 30.3. Опытная зависимость наклона от Ф имеет такой же вид [188J.

Таким образом, изменения тока через кристаллы и

пературы (§ 30), интенсивности облучения и размера

(ЭЛ-580) свечением ДБэл также подчиняется эмпирической зависимости от напряжения, характерной для ЭЛ по­ рошков, имеющих обычное распределение зерен по раз­ мерам. То же наблюдалось для порошков (Zn, Cd) S — Mn, возбуждаемых рентгеновскими лучами [199] и для моно­ кристаллов сульфида цинка, облучаемых у-радиацией [200]. Можно, следовательно, сделать заключение, что добавочное свечение Д7?эл действительно связано с доба­ вочной ЭЛ, обусловленной новыми носителями, создан­ ными светом или другим способом и попавшими в об­ ласти сильного поля в кристаллах. В пользу этого выво­ да говорит также сходство зависимостей Айэл и Вэл от

10* 251

частоты [193] и параллельное изменение обеих величин при старении образцов. Если ФЛ данного образца рас­ полагается в одной спектральной области, а ЭЛ — в дру­ гой, то спектр Дбэл близок к спектру именно ЭЛ [194].

Схема процессов, включающая ударную ионизацию в поверхностных барьерах и оказавшаяся ранее пригод­ ной для расчетов различных характеристик средней

яркости ЭЛ (§§12, 28), может быть применена и для вычис­ ления характеристик Д2?эл [188, 190]. Е1а рис. 33.5 и 33.6 приводятся в качестве примера измеренные и вы­ численные зависимости A.Bqд от интенсивности освещения Ф. Оба семейства кривых имеют сходную форму, одина­ ково меняющуюся с напряжением. При малых Ф ДБэл растет линейно с Ф, что связано с увеличением числа ус­ коряемых электронов при неизменном еще V0. С увели­ чением Ф падение напряжения в объеме кристаллов рас­ тет, F 0 снижается и ДБэл начинает уменьшаться, не­ смотря на рост /ф. При больших Ф добавочное свечение изменяет знак, хотя оно по-прежнему имеет то же про­ исхождение, что и ЭЛ. Это связано с тем, что V0 в этих условиях настолько снижено, что общее число иониза­

252

ций при освещении оказывается меньшим, чем в темноте, когда / т мал, но V0 велико.

Рис. 33.7 поясняет, каким образом были получены теоретические зависимости Д.Вэл (Ф), приведенные на рис. 33.6. Кривые на рис. 33.7 представляют собой рас­

Рис. 33.7. К вычислению зависимости ABgjj (Ф). Расчетные кривые относят­

ся к нескольким напряжениям на одном кристалле и получены при значении параметра Ь = 40 в.

отмечалось, для кристаллов с малой концентрацией темновых носителей можно принять, что Я ~ Ф_1/! (вероят­ ность рекомбинации фотоносителей увеличивается с рос­ том их концентрации), обратный ток барьеров при осве­ щении 1Х~ Ф, поэтому I XR ~ Ф1'*, a I x ~ (I XR )2, т. е. условия, принятые при вычислении кривых на рис. 33.7, соответствуют условиям, существующим в кристаллах при освещении.

Если при комнатной температуре большинство зерен люминофора характеризуется величиной I XR = 1 в (§ 29), то вертикальная линия АС на рис. 33.7 соответствует состоянию люминофора в темноте. Для верхней кривой

253

тельному Д.Вэл наступает при I XR )> 4 в). Таким же образом можно получить ДВэл и для других напряжений на кристаллах. При данном I XR, т. е. определенной ин­

для удобства сравнения с теоретическими зависимостя­

а средний размер зерен — 6 мкм, поэтому напряжению на одном зерне на расчетном графике рис. 33.6 соответ­ ствует удесятеренное значение напряжения на рис. 33.5. Опытные кривые ДR (Ф), сходные по общему виду с кри­ выми на рис. 33.5, были получены Патеком для других образцов из наблюдений волн яркости фотоэлектролюми­ несценции [176].

Таким образом, основные свойства добавочного свечения в типичных электролюминесцирующих образцах сульфида цинка могут быть поняты на основе той же схемы явлений, которая описывает свойства самой ЭЛ. Возможно, что в других образцах могут осуществляться иные механиз­ мы усиления свечения. В неэлектролюминесцирующих кри­ сталлах, например, усиление ФЛ в присутствии поля может быть связано со сдвигом рекомбинационного равновесия в сторону увеличения вероятности излучательных переходов. Подобная возможность рассматривалась Мейтосси [201], предполагавшим, что помимо заполнения электронами под действием поля свободных центров свечения возмож­ ны и другие способы увеличения числа безызлучательных рекомбинаций (например, отвод носителей в область, где вероятность таких переходов велика) или их уменьшения (освобождение полем уровней, с которых происходят переходы без излучения). Даже при отсутствии допол­ нительных переходов, связанных с действием поля, перио­ дические изменения концентрации электронов в разных областях кристалла (переменное напряжение) могут изменить соотношение между излучательными и безыз­ лучательными переходами, если они по-разному за­ висят от концентрации носителей. Все эти вопросы под­ робно рассмотрены в книге Айви [123].

254

Присутствие на поверхности кристалла изгиба энер­ гетических зон само по себе может влиять на величину стационарной фотолюминесценции приповерхностного слоя, так как поле изменяет степень заполнения локаль­ ных уровней и ту долю рекомбинаций в области объемного заряда, которая происходит с излучением.

Величина и знак изгиба зон (высота барьера еф) могут изменяться как при адсорбции молекул, обладающих различными свойствами, так и при заряжении конденса­ тора, одной из пластин которого является люминофор. Последний вариант соответствует условиям наблюдения «эффекта поля» [203, 204]. При увеличении постоянного напряжения, приложенного к системе металл—диэлектрик- полупроводник, свечение приповерхностного слоя послед­ него может вследствие изменения еф как увеличиваться, так и уменьшаться (люминесцентный эффект поля [205— 207]). Изменения фотолюминесценции при этом особенно велики в том случае, когда неравновесные носители тока или экситоны создаются преимущественно в тонком слое у поверхности кристалла (используется свет из области поглощения основного вещества).

Рекомбинация носителей через поверхностные уровни имеет наибольшую скорость при определенных значе­ ниях еф, зависящих от коэффициентов захвата электро­ нов и дырок центрами рекомбинации [208, 209]. Если

соответствующей спектральной полосы проходит через максимум [207]. В большинстве же случаев рекомбинация у поверхности является безызлучательной и увеличение ее скорости путем специальной обработки поверхности приводит к уменьшению яркости фотолюминесценции, как

бах возбуждения. Спектры излучения кристаллов с дву­ мя и более типами центров свечения сильно зависят от вида и условий возбуждения. Характерным в этом отно­ шении является люминофор ZnS — Си с синей и зеленой полосами в спектре свечения. Если при ФЛ, возбуждае­ мой светом относительно малой интенсивности, основное излучение происходит в зеленой полосе, то при ЭЛ пре­ обладает синяя полоса и тем в большей степени, чем выше частота изменения напряжения (рис. 33.8) [44, 162, 210,

255