Оптическое материаловедение и

321

Лекция 27 Фотохромные материалы Использование в голографии

Определение класса фотохромных материалов «Фотохромизм» означает чувствительность цвета

материала или более точно — спектра поглощения к действию света.

Изменения оптических свойств регистрирующих материалов различных классов под действием света связаны с двумя механизмами:

а) фотопереносом заряда; б) оптическими или термооптическими фазовыми пере-

ходами.

Примерами первого механизма являются реакции переноса заряда от одного примесного иона (активатора) к другому в ионных кристаллах (CaF2—Eu, Sm и др.), в результате чего меняется спектр поглощения кристалла. Квантовый выход фотопереноса при соответствующем подборе активатора может быть близок к единице, что при силе осциллятора для данного перехода равной единице обеспечивает максимально возможную чувствительность. Более трудно обеспечить в этих кристаллах отсутствие перекрытия спектров поглощения активаторов до и после перезарядки. Наличие такого перекрытия приводит к частичному стиранию информации в процессе считывания. Другой пример — активированный Si4+ иттриевый гранат, в котором имеется два вида ионов железа — Fe2+ и Fe3+. На фотопереносе заряда основана и запись в электрооптических кристаллах —

LiNbO3 и др.

Примерами реализации второго механизма является запись в аморфных полупроводниках (As2 S3, VO2 и др.), в большинстве магнитооптических материалов (MnBi, EuO и др.), термическое испарение металлических пленок и других веществ.

Фактически в результате светового воздействия меняется та или другая часть (или обе одновременно) комплексного показателя преломления света

322

n = n — ix,

где n — действительный показатель преломления; х — показатель поглощения. Но во всех случаях в большей или меньшей мере происходит и изменение цвета.

Согласно модели Томлинсона, молекулы фотохромного материала могут находиться в двух сосостояниях; переход молекулы из одного состояния в другое под действием света вызывает также изменение показателя преломления фотохромного материала.

Тем не менее традиционно принято, и в настоящей главе мы будем придерживаться этой традиции, к фотохромным относить соединения, основным эффектом от воздействия света в которых является изменение пропускания света.

По мнению Джексона, для фотохромной системы характерно обратимое изменение окраски при облучении видимым или ультрафиолетовым светом, что может быть представлено следующим образом:

где А и В — основные электронные состояния, в некоторых случаях В есть возбужденное состояние А.

Фонан, Стеблер, Кисе под фотохромными материалами понимают материалы, которые обратимо меняют цвет под действием освещения. Такие обратимые изменения могут иметь место в темноте при термическом возбуждении или при освещении светом других длин волн. Необходимо отличать материалы с обратимым изменением цвета от фотохромных материалов разового действия.

325

Щелочно-галоидные кристаллы Классификация фотохромных реакций

Среди неорганических соединений щелочно-галоидные кристаллы резко выделяются по степени изученности их физи- ко-химических свойств. В щелочно-галоидных кристаллах хорошо исследованы точечные дефекты — центры окраски, их микроструктура и механизм создания. В связи с этим изучение фотохромных реакций в этом классе ионных соединений представляет теоретический интерес для неорганических материалов вообще.

В настоящее время для записи информации в щелочногалоидных кристаллах в основном применяются электронные центры окраски, модели которых изображены на рис. .2. Центры окраски можно разделить на изотропные (F-, F'-, V- и α - центры) и крупные скопления (X - центры, которые представляют собой скопления F-центров с полуметаллической связью). Кроме того, центры окраски можно разделить на электрически нейтральные и заряженные по отношению к кристаллической решетке. К нейтральным центрам относятся F-, FA- и М-центры, а к заряженным — F'- и α - центры. Заряженные центры обычно могут в кристалле существовать только попарно, взаимно компенсируя при этом свой электрический заряд. К таким парам, например, относятся F'- и α - центры.

Рис. .2. Модели и обозначения структурных элементов для некоторых центров окраски в щелочно-галоидных кристаллах, представляющих интерес для фотохромной записи: а — мо-

326

дель центров в плоскости (100); б — характеристика центров с помощью структурных элементов; Va+ — анионная вакансия (положительно заряжена); е- — электрон; Ме+ — одновалентный металл (в случае .FA - центров — примесь гомологического иона первой группы).

Центры окраски в щелочно-галоидных кристаллах можно создать двумя способами — аддитивным окрашиванием в парах щелочного металла и ионизирующим облучением.

Образованные при этом F центры окраски представляют собой анионные вакансии с захваченными на них электронами, F - центрам соответствует полоса в спектре поглощения кристалла (рис. .3). Действие света может вызвать обесцвечивание облученного кристалла в целом, а в аддитивно окрашенном кристалле — обесцвечивание F - полосы с превращением ее в другие полосы.

Рис. .3. Спектры поглощения аддитивно окрашенокрашенного кристалла KCl: 1 — до обесцвечивания; 2 — после освещения F - светом при 25° С; 3 — после освещения F - светом при 200° С.

Длительное сохранение записанной информации возможно только в аддитивно окрашенных щелочногалоидных кристаллах.

327

Воблученных (субстрактивно окрашенных) кристаллах всегда осуществляются процессы рекомбинации, приводящие к частичной или полной потере окраски кристалла. Повторное применение такого кристалла возможно только после нового облучения.

Вщелочно-галоидных кристаллах вообще для оптической (голографической) записи можно использовать следующие фотохромные реакции:

а) обесцвечивание центров окраски (изотропный фотохромный эффект);

б) ориентацию центров окраски (анизотропный фотохромный эффект);

в) создание центров.

Осуществление способа создания центров окраски светом требует затраты больших энергий, а это является серьезным препятствием для широкого применения. Поэтому в настоящее время наибольший интерес представляют изотропный и анизотропный фотохромный эффекты.

Изотропный фотохромный эффект сводится к оптически

стимулированному переносу носителя заряда (фотоионизация и фотоперенос). Это относится к реакциям F→F’ и F→U. Фототермическая реакция F→X имеет более сложный характер, поскольку конечный продукт — Х - центры являются крупными скоплениями F-центров (X = nF, где n >> 1).

Вреакциях фотопереноса центр окраски изменяет свой заряд по отношению к кристаллической решетке, превращаясь

из нейтрального (например, F - центра) в заряженный (например, F’ - центр).

Нужно отметить, что использование анизотропного фотохромного эффекта также может быть связано с фотоионизацией. Так, ориентация М - центров под действием поляризованного света осуществляется в два этапа:

где М, М — неориентированный и ориентированный М - центр.

328

Из анализа процессов записи информации в щелочногалоидных кристаллах следует, что фотоперенос заряда является одним из наиболее существенных механизмов, лежащих в основе большинства реакций.

Изотропный фотохромный эффект

Для изотропной записи информации (в том числе голограмм) в щелочно-галоидных кристаллах используются следующие фотохимические превращения F-центров: a) F→F’; б) F→Fn (n = 2,3); в) F→U; г) F→X. Они осуществляются при освещении F-светом но при различных температурах и разной подготовке кристалла. Для записи можно использовать любые, предварительно окрашенные (т. е. содержащие F - центры) ще- лочно-галоидные кристаллы. Однако желательно, чтобы длина волны максимума F - полосы совпадала с длиной волны лазеров. Это условие лучше всего выполняется в случае кристаллов КВг: максимум F-полосы при 630 нм практически совпадает с длиной волны наиболее распространенного гелий-неонового лазера (632,8 нм). Путем подбора состава смешанных кристаллов (например, КС1—КВг или NaCl—КС1 и т. п.) можно сместить максимум поглощения F - центров и таким образом согласовать с длиной волны применяемого лазера.

F→F’-реакцию можно осуществить лишь при низких температурах. Поэтому она к настоящему времени не нашла практического применения и трудно предсказать, будет ли вообще использоваться.

F→Fn - реакция приводит к небольшому изменению оптоптической плотности ∆D/D0 (не более 20%) (см. рис. .3). Одним из факторов, препятствующих использованию F→Fn - реакции, является перекрытие коротковолновых переходов конечных продуктов реакции с F-полосой. Это, например, имеет место для реакции F→M, но возбуждаются и M - центры. F→Fn реакции (n = 2,3) довольно подробно исследованы.

Описанные выше F→F’ и F→Fn - реакции не имеют практического применения. Перспективными из изотропных реакций являются только F→U и F→X.

F→U - реакция. Для последующего осуществления F→U - реакции при выращивании в кристалл специально вво-

329

дится водород. После аддитивного окрашивания такой кристалл содержит F- и U-центры. Последние представляют собой ионы водорода в анионных вакансиях. Освещение кристалла в соответствующей (F или U) полосе полностью переводит одни центры в другие. Например, облучение кристалла КВг—Н светом 228 нм превращает [U - центры в F - центры: происходит отрыв электрона от U - центра с последующим выбросом нейтрального атома водорода из анионной вакансии в междоузлие и захватом электрона вакансией.

Оптическую (голографическую) запись информации в подготовленных кристаллах осуществляют обесцвечиванием F - полосы (превращение F - центров в U - центры). Для кристаллов КВг используется гелий-неоновый лазер, излучение которого (632,8 нм) хорошо совпадает с максимумом F-полосы поглощения кристалла (630 нм). Стирание записанной информации осуществляется облучением ультрафиолетовым светом в U - полосе поглощения (обратное превращение U - центров в F - центры).

Основной недостаток F→U -реакции заключается в том, что длительное сохранение записанной информации может быть обеспечено лишь при охлаждении кристалла ниже 0°С.

Кроме того, довольно трудно обеспечить однородность легирования кристалла водородом.

F→X -реакция. Существенное отличие F→X - реакции от других реакций, заключается в использовании для записи повышенных температур — порядка 100—250° С. Конкретная температура записи зависит от состава и способа приготовления (условий аддитивного окрашивания) кристалла. Именно использование повышенной температуры записи приводит к тому, что время сохранения информации при температуре более низкой (например, комнатной), чем температура записи, практически ничем не ограничено. Повышенную температуру записи можно обеспечить как внешним нагревателем, так и при помощи лазерного луча соответствующей мощности.

Аналогично технически решается и проблема стирания, т. е. F→X - реакции, которую также надо осуществлять при повышенной температуре.

330

Врезультате F→X - реакции происходит коагуляция F - центров с уменьшением начальной оптической плотности F - полосы до 80% (см. рис. .3). Считывание при комнатной температуре можно производить в двух спектральных областях освещенного кристалла — в F - или X - полосе.

Щелочноземельно-галоидные кристаллы

Выше мы рассмотрели способы записи на щелочногалоидных кристаллах. При описании щелочноземельногалоидных кристаллов мы также встречаемся с аддитивно и радиационно окрашенными кристаллами и т. п. Однако в этих объектах имеются некоторые особенности. На щелочногалоидных кристаллах в устройствах записи не реализована, например, запись, основанная на переносе заряда между примесными ионами, в то же время на щелочноземельно - галоидных кристаллах этот процесс является одним из наиболее эффективных.

С точки зрения создания запоминающих устройств щелочнощелочноземельно - галоидные кристаллы менее изучены, чем щелочно - галоидные. Однако можно полагать, что многие особенности щелочно-галоидных кристаллов сохраняются и для щелочноземельно - галоидных кристаллов.

Вщелочноземельно-галоидных кристаллах мы также встречаемся с явлением дихроизма центров, описанным для щелочно-галоидных кристаллов. В этом случае оно может быть использовано для создания оптических запоминающих устройств. Физическая сущность явления заключается в том, что F - центры окраски в CaF2 в сочетании с редкоземельной примесью образуют комплексные центры. Такие центры могут быть ориентированы поляризованным светом, в результате чего меняется поглощение кристалла.

Стекла

Фотохромные стекла приготовляются путем введения при их синтезе добавок серебряно-галоидных или других соединений. Для записи информации также используется принцип обесцвечивания окраски. Предварительное окрашивание осуществляется путем ионизирующего (в большинстве случаев — ультрафиолетового) облучения стекла.

331

Фрайсем и Уокер рассмотрели общие голографические характеристики фотохромных стекол. Как и в случае других регистрирующих материалов, дифракционная эффективность вначале растет, а потом падает — с увеличением экспозиции.

При восстановлении голограммы светом той же длины волны, что и запись, происходит резкое уменьшение дифракционной эффективности. Ащеулов и Суханов показали, что дифракционная эффективность зависит и от угла между интерференционными пучками при записи голограмм.

Для фотохромных стекол вообще характерна относительно малая энергия, необходимая для записи голограмм, порядка нескольких десятков мДж/см2. Однако и достигнутая к настоящему времени дифракционная эффективность, как и в случае всех фотохромных материалов, составляет несколько десятых процента, а разрешение — порядка 3000 лин/мм.

332

Лекция 28 Фотолюминесценция Электролюминесценция

Первые полупроводниковые светоизлучающие приборы (на основе карбида кремния) были созданы советским ученным Лосевым в 1923 году, который также заложил основы современных редставлений о механизмах излучения (электролюминесценции), и возможных применениях светоизлучающих p-n переходах. Различают 2 вида электролюминесценции:

1)инжекционную, возникающую при прохождении тока через прямосмещенный p-n переход (эффект Лосева),

2)пред пробойную, появляющуюся при наложении на слой люминофора сильного электрического поля (эффект Дестрио – 1936 г.).

На первом, из этих эффектов, основано действие светодиодов на втором – электролюминесцентных панелей.

Люминесценцией называется избыток над тепловым излучением тела в данной спектральной области, если этот избы-

ток обладает длительностью, значительно превышающей период световых колебаний, т.е. больше чем 10-10 секунды.

Рассмотрим сначала процесс фотолюминесценции, как самый простой.

Кристаллофосфорами, обычно, называют неоргани-

стях спектра. С точки зрения физики твёрдого тела. Кри-

сталлофосфоры можно охарактеризовать как полупроводники, с широкой запрещенной зоной, хотя некоторые из них чаще называют диэлектриками, из-за высокого удельного сопротивления. Тем не менее, к ним применима зонная схема

ство примесей. Эти примеси играют важную роль в люминесценции, т.к. именно они создают те центры в кристаллической решетке, в которых возникает свечение. Их вводят специально при изготовлении. Кроме того, чтобы кристаллофосфор хорошо

333

люминесцировал (т.е. с большим к.п.д.) в него обычно вводят ещё по крайней мере один сорт примесных атомов – соактиваторов. И те и другие примеси вносят локальные уровни в запрещенную зону, но, так сказать противоположного знака, если активатор - донор, то соактиватор - акцептор, и наоборот. Преднамеренное введение примесей называется активацией или легированием.

Кроме активаторов и соактивоторов в кристаллофосфоре могут быть и другие примеси, не введённые туда преднамеренно, но также вносящие свои энергетические уровни. Если доноры и акцепторы расположены в кристалле поблизости друг от друга, они образуют донорно-акцепторные пары, которые играют большую роль в люминесценции некоторых люминофоров. Все центры, вообще говоря, способны обмениваться зарядами и с валентной зоной и с зоной проводимости. Однако, в зависимости от условий, этот обмен может происходить с различной интенсивностью. Если данные центры обмениваются зарядами, главным образом с одной из зон, то их называют ловушками соответствующих зарядов. Обычно преимущественный обмен с одной из зон возникает, если энергетический уровень центра расположен ближе к этой зоне, чем к другой. Если же уровень расположен далеко от зон, то центр способен лишь захватывать электроны из зоны проводимости и дырки из валентной зоны. В результате этого выделяется некоторая энергия,

ки люминесценции, однако оно весьма не строго, так как далеко

другим. Строго говоря, они оба происходят при любых условиях, но в разных пропорциях. Какой из этих процессов станет более интенсивным – зависит от температуры и концентрации свободных носителей заряда. Так, при низких температурах, когда вероятность термического освобождения электронов мала, ловушка может стать центром рекомбинации. Таким же

334

образом влияет и увеличение концентрации свободных зарядов, так как при этом также возрастает отношение вероятности рекомбинациилокализованных зарядов к вероятности их теплового освобождения. Механизм фотолюминесценции кристаллофосфоров, в общих чертах, состоит в следующем.

Рис..1 – Схема электронных переходов, происходящих при фотолюминесценции кристаллофосфоров: Ес - зона проводимости ; Еύ - валентная зона ; 1 – ионизация центра люминесценции при поглощении кванта возбуждающего света ; 1 ׳ – ионизация атома кристаллической решетки (создание электрон- но-дырочной пары) при поглощении кванта возбуждающего света ; 2-захват электрона ловушкой; 2 ׳ – захват дырки ловушкой; 3 – освобождение электрона из ловушки; 3' – освобождение дырки из ловушки; 4 – рекомбинация электрона с ионизованным и центрам и люминесценции (о на обычно приводит к испусканию кванта света люминесценции; 4' – рекомбинация свободной дырки с электроном, локализованным на ловушке (она может не приводить к испусканию света); 5 – рекомбинация свободных электрона и дырки.

Кванты возбуждающего света поглощаются центрами люминесценции (переход 1 на рис..1., на рисунке стрелками указаны переходы электронов). Дырки совершают переход в обратном направлении или решеткой основного вещества (переход 1'). В результате этого происходит разделение зарядов. В первом случае один из них оказывается свободным, а другой –

335

локализованным на центре люминесценции. Во втором случае оба носителя заряда получаются свободными. Затем свободные носители заряда локализуются на ловушках и центрах люминесценции (переходы 2 и 2'). На этом заканчивается процесс возбуждения кристаллофосфора. О кристаллофосфоре, находящемся в таком состоянии, говорят, что он запас светосумму, разумея

Заряды, локализовавшиеся на уровнях примесей во время возбуждения, постепенно освобождаются под влиянием тепловых колебаний (переходы 3 и 3'), некоторые из них встречаются с зарядами противоположного знака и воссоединяются с ними – рекомбинируют (переходы 4 и 4'), а остальные опять захватываются ловушками. Рекомбинация обычно происходит в местах нарушения правильной кристаллической решетки – атомах примеси, пустых узлах решетки, междоузельных атомах и т.п. Если эти центры рекомбинации способны превращать в свет выделяющуюся при рекомбинации энергию, они называются центрами люминесценции, или центрами свечения. Центры рекомбинации, не обладающие этой способностью, называются центрами тушения, так как энергия, выделяющаяся при рекомбинации на этих центрах, превращается в тепло и тем самым безвозвратно теряется для люминесценции.

Если концентрация свободных зарядов того и другого знака достаточно велика, то заметную роль может играть также рекомбинация зарядов, когда они оба находятся в свободном состоянии (переход 5). В этом случае обычно тоже происходит

мере истощения запаса разделенных зарядов. Для рекомбинационного механизма люминесценции характерно не экспоненциальное спадание яркости за время послесвечения: в начале послесвечения яркость спадает быстро, а затем все медленнее и медленнее. Такую кривую невозможно охарактеризовать толь-

336

ко величиной постоянной времени τ, поэтому надо очень осторожно относиться к утверждениям, что люминесценция данного кристаллофосфора имеет данное τ. Обычно это просто значит, что на некотором участке кривую затухания можно аппроксимировать экспонентой с этим τ. Чтобы это утверждение приобрело смысл, необходимо выяснить о каком интервале времени (или яркости) идет речь. Нередко хорошо выраженный экспоненциальный участок бывает только в начале затухания, где яркость спадает всего в 2-3 раза, а дальше спад яркости замедляется.

При описанном выше механизме люминесценции причина такого замедления затухания заключается в следующем. Скорость рекомбинации (т.е. число актов рекомбинации, происходящее в единицу времени) пропорционально произведению концентраций ре комбинирующих «партнеров», например, локализованных дырок и свободных электронов (или свободных дырок и локализованных электронов). В результате рекомбинации происходит уменьшение концентрации разделенных зарядов, по мере которого им становится все труднее «найти» друг друга, и поэтому они все большее число раз задерживаются на ловушках, прежде чем им удается рекомбинировать.

Иногда возможен несколько иной механизм люминесценции, но приводящий к качественно таким, же результатам, как и в первом из рассмотренных нами случаев. Дело в том, что даже когда электроны и дырки локализованы на примесях, они могут ре комбинировать друг с другом, минуя зону проводимости. Такой процесс называется межпримесной рекомбинацией.

При этом электрон совершает так называемый туннельный переход от донора к акцептору (уровень акцептора обычно расположен ниже уровня донора). Этот переход может сопровождаться испусканием света. Вероятность перехода быстро убывает с ростом расстояния между донором и акцептором. Поэтому, после прекращения возбуждения, рекомбинация происходит сначала в «ближних» парах (т.е. в таких, в которых донор и акцептор расположены близко друг к другу), а потом во все более дальних. Затухание свечения происходит при этом

337

также по не экспоненциальному закону, близкому к описанному выше.

На далеких стадиях послесвечения, обязательно наступает момент, когда непрорекомбинироравшими останутся электроны и дырки, локализованные на донорах и акцепторах, расположенных столь далеко друг от друга, что вероятность туннельного перехода заряда между ними станет меньше вероятности термического освобождения одного из зарядов. Начиная с этого момента, вероятность межпримесной рекомбинации перестает определять длительность послесвечения, и затухание пойдет по обычной рекомбинационной схеме, описанной выше.

Внекоторых кристаллофосфорах возможен также принципиально другой – нерекомбинационный механизм люминесценции. В этом случае поглощение возбуждающего света происходит в центрах люминесценции, и оно не приводит к освобождению зарядов. Энергия поглощенного кванта не выходит за пределы центра люминесценции и в нем же почти целиком превращается в энергию испускаемого кванта.

Внесколько измененном виде этот механизм люминесценции может быть в некоторых случаях осуществлен также и при электровозбуждении.

Электролюминесценция.

Электролюминесценция твердых тел была открыта в 1923 году О.В Лосевым при изучении кристаллических детекторов из карбида кремния и правильно им объяснена, но интенсивные исследования этого явления начались лишь в пятидесятых годах 20 века.

Электролюминесценцией называется люминесценция, при которой светящееся тело черпает энергию непосредственно из электрического поля.

Свечение при электровозбуждении возникает обычно тем же – рекомбинационнымили не рекомбинационным – путем, что и при фотовозбуждении. Различие состоит главным образом в том, каким образом тело поглощает энергию, а не в том, как оно превращает её в свет.

Разделение зарядов происходит под действием прило-

338

женного к кристаллу электрического поля. Поле влияет, конечно, и на все последующие процессы, однако сущность их при этом не изменяется. Есть некоторые особенности электролюминесценции, в частности, не линейность многих свойств. Так, яркость электролюминесценции нередко зависит от напряжения экспоненциально, тогда как яркость катодолюминесценции приблизительно пропорциональна напряжению. Нелинейные также электрические свойства. Это приходится учитывать при построении электрических цепей, в которых участвуют электролюминесцентные компоненты.

Различают два вида электролюминесценции – инжекционную, возникающую, в частности, на p-n переходе, включённом в прямом направлении, и пред пробойную, возникающую в сильных полях, близких к тем, при которых образуется электрический пробой. Следует сразу оговориться, что оба эти названия в значительной степени условны, так как все многообразные процессы, происходящие во время электролюминесценции кристаллов, нельзя свести только к инжекции и пробою. Последние только наиболее характерные частные случаи. Начнем с пред пробойной электролюминесценции.

Механизм пред пробойной электролюминесценции.

При выяснении механизма любой электролюминесценции, в том числе и пред пробойной, необходимо ответить на 3 основных вопроса:

1. Откуда берутся те электроны (или дырки), поглощение которыми энергии электрического поля приводит к испусканию света?

2.Каким образом и где происходит это поглощение энер-

гии?

3.Как эта энергия передается центрам люминесценции? Как видно из самого названия, механизм пред пробойной электролюминесценции включает в себя начальные стадии развития пробоя. Однако в отличие от пробоя для возникновения электролюминесценции достаточно, чтобы сильное электрическое поле существовало в небольшом объеме кристалла, например возле p-n перехода или просто на краю изолированного кристалла. Поскольку кристаллофосфоры имеют

339

широкую запрещенную зону, их сопротивление обычно бывает велико. Поэтому остальной объем кристалла служит балластным сопротивлением, не дающим развиться пробою, способному разрушать электролюминесцирующий кристалл. В то же время слишком большая величина этого сопротивления при-

Концентрация электрического поля в небольшой части кристалла происходит в результате возникновения пространственного заряда, который сосредоточен на ионизированных донорах, если он положителен, или акцепторах, если отрицателен.

На рисунке .2. изображено распределение заряда, поля и потенциала в кристалле.

Как видно, в области пространственного заряда поле наибольшее и постепенно спадает по мере проникновения внутрь кристалла (если заряд распределен с постоянной плотностью, то этот спад идет по линейному закону). Вне области пространственного заряда поле во много раз меньше, но все, же не равно нулю. Оно определяется током, текущим внутри кристалла, и омическим сопротивлением последнего.

Если в область сильного поля попадет электрон (например, проникнув из электрода или освободившись туннельным путем с какого-либо глубокого уровня), он может приобрести

шетку (рис..3.).В сильном поле возможна также туннельная ионизация центров люминесценции и решетки (эффект Зингера).

340

Рис..2 – Концентрация электрического поля в кристалле: 1 – катод; 2 – область пространственного заряд а; 3 – остальная часть кристалла; 4 – анод. Х – расстояние о т катода; q – плотность пространственного заряда; ε – напряженность электрического по ля ; ψ – потенциальная энергия электронов в поле ; U – приложенное напряжение; е – заряд электрона.

В результате этих процессов возникают разделенные электроны и дырки, которые могут ре комбинировать и при этом излучать свет. Как видно, эти процессы вполне аналогичны тем, которые происходят в начале электрического пробоя.

Рис.11.1 – Электронные переходы, происходящие в сильном электрическом поле: а - туннельные (и связанные с ним и) переходы; б – переходы под действием ударов высоко энерге-