книги из ГПНТБ / Верещагин, И. К. Электролюминесценция кристаллов

На рис. 32.15 экспериментальные зависимости фт от частоты для двух люминофоров с зеленым свечением также приводятся вместе с вычисленными по (32.10) и

помощью уравнения (32.10) мож­ но получить кривую фт (Т), ко­ торая вычерчена на том же рисунке. Минимумы или

максимумы опытных зависимостей фт (Т) у разных об­ разцов приходятся на различные температуры. На

*) При этом предполагалось, что почти все наблюдаемое туше­ ние фотолюминесценции (85%) происходит в тех же барьерах, в ко­ торых при электровозбуждении идет ионизация и освобождение дырок из центров свечения полем.

240

шому интервалу температур, то может наблюдаться толь­ ко рост фт с увеличением Г [157] либо только спад [80].

19Ра

Если спектр свечения образцов содержит две полосы, то углы срт и напряжения Vm для каждой полосы будут отличаться, так как число дырок на центрах свечения двух типов окажется различным к моменту начала рекомбина­ ции. Облучение люминофоров инфракрасным светом в промежутках между импульсами напряжения равноцен­ но повышению температуры (уменьшение pt и Р) и также приводит к уменьшению Vm [134].

Vm,B ?т,град

Рис. 32.18. Влияние температуры на положение основного пика волн яркости. V m — критическое напряжение, соответствующее максимуму света при тра­

пециевидном переменном напряжении [157J, <рт — фазовый угол при синусои­ дальном напряжении (люминофор ЭЛ-510, 500 гц).

Таким образом, достаточно широкий круг опытных данных согласуется с использованными в этом параграфе представлениями об условиях образования главных свето­ вых пиков волн яркости (учитываются как первоначаль­ ные изменения числа дырок на центрах свечения до начала рекомбинации, так и во время рекомбинации с электронами, ток которых контролируется иониза­ ционным процессом, идущим на противоположной сто­

242

§ 33. Свечение при одновременном действии поля и света

В настоящем параграфе кратко излагаются сведе­ ния о свойствах свечения, возникающего при освещении люминофоров и одновременном воздействии на них элек­ трического поля. В этих условиях яркость свечения обычно не равна сумме яркостей, получающихся при раздельном действии света или поля.

Иногда свечение называют фотоэлектролюминесцен­ цией, если наблюдается влияние освещения на ЭЛ, и электрофотолюминесценцией, если слабое электрическое поле только изменяет яркость фотолюминесценции (ФЛ). В общем случае, однако, оба явления присутствуют одновременно, при одних и тех же напряжениях, поэто­ му в дальнейшем эти явления нами обозначаются одним тер­ мином «фотоэлектролюминес­ ценция» (ФЭЛ). Явления, смежные с ЭЛ, интересны не только сами по себе, но и с точки зрения расширения сведений об условиях дейст­ вия поля в кристаллах, так как они проявляются как при больших напряжениях, при которых уже наблюдается ЭЛ, так и при малых напря­ жениях, недостаточных для возбуждения ЭЛ.

Помимо света из области собственного или примесно­

го поглощения, вторым возбуждающим агентом могут служить также а-, у-, рентгеновские или катодные лучи.

а) Основные явления. Если Яфэл —яркость свечения при одновременном действии поля и света, а Ва>л и Вэл — яркость при возбуждении люминофора только светом и только полем, то добавочное свечение при двойном воз­

В общем случае АВ может быть как положительным, так и отрицательным, т. е. может наблюдаться ослабле-

9* 243

тто свечения или его усиление (рис. 33.1). При малых полях, при которых еще нет заметной ЭЛ наблюдается только тушение фотолюминесценции, а при более высо­ ких — преобладает усиление свечения, хотя тушение присутствует и при этих напряжениях. Таким образом, при достаточно больших полях общее изменение яркости АВ может состоять из двух частей, одна из которых свя­ зана с изменением ФЛ в электрическом поле, а другая — с изменением ЭЛ при освещении:

высоких V преобладает А7?эл, которое в зависимости от типа образца и условий опытов может быть как поло­ жительным, так и отрицательным. В результате суммар­ ное АВ также может иметь различные знаки. Все это

Свойства ФЭЛ изучались как на электро-, так и фото­ люминофорах различного состава и вида (порошки, моно­ кристаллы, пленки). После первоначальных наблюдений Дешене [165] и Дестрио [166] (тушение люминесценции полем), Дестрио [167], Кузано [168] и Торнтона [169] (усиление свечения в поле) изучению свойств ФЭЛ были посвящены работы многих авторов [170—194]. В частности, кривые Вф э л (F), сходные по форме с приведенными на рис. 33.1, были получены для пленок ZnS — Мп [182].

При включении или выключении поля наблюдаются различного рода переходные явления. Так, если люмино­ фор в обычной ячейке возбуждается ультрафиолетовым светом, то включение небольшого переменного напря­ жения приводит сначала к вспышке (эффект Гуддена и Поля [195—198]), затем к временному значительному тушению и, далее, к постепенному уменьшению тушения до стационарного уровня. Выключение напряжения вновь может сопровождаться вспышкой с последующим отно­ сительно медленным восстановлением первоначальной яр­ кости ФЛ. В ряде работ эти явления, связанные с за­ хватом электронов и дырок ловушками, изучались вместе с явлениями, относящимися к стационарному свечению. Подробные сведения о различных кратковременных про­ цессах, о волнах яркости при ФЭЛ, а также о явлениях при возбуждении люминофоров рентгеновскими, катод­

244

ными или а-лучами, можно найти в обзорах [181, 186, 187] и книгах [123, 126, 127].

В дальнейшем рассматриваются основные свойства установившегося свечения при двойном возбуждении люминофоров переменным полем и ультрафиолетовым светом (365 нм), причем имеется в виду средняя по вре­ мени яркость свечения. Данные о тушении и усилении свечения относятся к одним и тем же порошкообразным электролюминофорам, что позволяет сопоставить свойства трех явлений, связанных с действием поля и облегчает рассмотрение вопроса о происхождении этих явлений.

б) Тушение фотолюминесценции полем. В работах [189—192] исследовано тушение фотолюминесценции об­ разцов ZnS — Си с зеленым свечением (ЭЛ-510 и ФК-106). Слои порошкообразных люминофоров толщиной 30— 50 мкм находились во время измерений в вакууме. Об­ щий вид зависимости В фэл от напряжения V был одина­ ковым как для электро-, так и фотолюминофора, хотя для последнего значения V, при которых появлялась замет­ ная ЭЛ, увеличивались примерно в 10 раз. В минимуме кривой 7?фэл на рис. 33.1 ДВфл составляет обычно несколько процентов от величины Вфд.

Зависимость абсолютной величины тушения ДВфд от напряжения V приведена на рис. 33.2. В области малых С и в области более высоких V, в которой наблюдается одновременно небольшая ЭЛ и гашение фотолюминесцен­ ции, величины ДВфл и Вэл подчиняются одной и той же эм­

чем в случае ЭЛ. Кроме того, частотные зависимости этого параметра также сходны в обоих случаях. Это позволяет предположить, что основные механизмы действия поля при тушении ФЛ и возбуждении ЭЛ одинаковы. Так как ЭЛ в этих образцах возбуждается ускоренными носителями тока, то и тушение может быть связано с тем же ос­ новным процессом. Малая величина Ьк отражает тогда пере­ ход электронов через меньший энергетический интервал.

ку ЭЛ возбуждается в малых областях кристаллов, соот­ ветствующих энергетическим барьерам, то и тушение ФЛ происходит, очевидно, преимущественно в тех же областях кристаллов. Исходя из предыдущего и допуская наиболее простую схему внешнего тушения ФЛ, можно принять

245

следующую упрощенную модель явлений [190, 192]. В местах концентрации поля в кристаллах (например, поверхностных барьерах) при малых V возможны перехо­ ды валентных электронов на уровни центров свечения, освобожденные светом. Общее число таких переходов AQ

за время полупериода V, соответствующего включению барьеров в запирающем направлении, выразится сле­ дующим соотшением:

в котором / 0 — ток электронов, попадающих в область сильного поля, / (F0) — функция, отражающая ускоре­ ние электронов в этой области, на которой падает напря­ жение Fp (часть общего напряжения V), р — число осво­

248

божденных светом к моменту t центров свечения и Т0/2— время полупериода. Так как р при небольшом тушении пропорционально интенсивности падающего света Ф (ре­ комбинация в этот полупериод практически отсутствует), a AQ в наиболее простом случае пропорционально Д5фл

то в первом приближении, когда все величины не изме­

условиям опытов, относительное тушение будет опреде­ ляться следующим выражением:

(33.5)

в котором / (F0) заменена экспоненциальной зависимостью, следующей из измерений АВ (F) при постоянной интен­ сивности освещения Ф (рис. 33.2).

При малых внешних напряжениях F, когда отсутствует умножение носителей, распределение V по кристаллу люминофора почти не изменяется с повышением F, нап­ ряжение на барьере F0 пропорционально V и наблюдае­

ветствовать зависимости вида АВфл ~ ехр (— с3 $~г), что согласуется с видом теоретической зависимости коэф­ фициента ударной ионизации в области малых 8 (§ 8) *).

Из (33.5) следует, что если / | является более быстрой функцией Ф, чем яркость Вфл, то, пока / (F0) постоянна, может наблюдаться возрастание АВ/В при увеличении Ф. Зависимости фототока и яркости от Ф можно представить в виде степенных функций: /ф ~ Фу и В ~ Ф2, т. е.

*) При самых низких напряжениях экспоненциальная зависи­ мость ДДфЛ (V) сменяется более слабой, связанной, вероятно, с тем,

что поле в этом случае только улучшает условия термического ос­ вобождения дырок из центров свечения, так как рекомбинация в области барьера, включенного в запирающем направлении, почти отсутствует.

247

AB/B ~ ф2у~г. Для электролюминофора из измерений следует, что I/ = 1, г = 1,8 и в этом случае АВ/В ~ Ф0’2 [192]. Действительно, опытные данные показывают на­ личие участка возрастания АВ/В при относительно ма­ лых Ф (рис. 33.3). Существенно, что подобная зависимость может появиться только при процессах тушения, завися­ щих от токов (вероятность туннельного освобождения ды­ рок из центров свечения зависит только от напряжен­ ности поля в барьере).

Спад относительного тушения при более высоких Ф (рис. 33.3) может быть связан с уменьшением / (F0),

Рис. 33.3. Относительное тушение фотолюминесценции при различной ин­ тенсивности освещения Ф и нескольких напряжениях. Электролюминофор

ЭЛ-510.

пропорционально У^Ф, т. е. при / 0 ~ Ф падение напря­

жения в толще кристалла растет пропорционально }/ф). Соответствующие подсчеты зависимости F0 (Ф) и / (F0) показывают сходство общей формы опытных и теоретиче­ ских зависимостей АВ/В от Ф [192]. Эта кривая имеет, собственно, то же происхождение, что и кривая на рис. 12.4, но в случае М = 1. Особенности кривых относитель­ ного тушения для фотолюминофора типа ZnS — Си (ФК-106) также вытекают из (33.5). Поскольку в этом

лось на опыте [192]).

С точки зрения тех же представлений температурная зависимость АВФп при Iф < / т должна иметь примерно

248