Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения

Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения. Исследование электролюминесценции цинксульфидных электролюминофоров под действием переменного поля 20 показало, что зависимость интегральной яркости электролюминесценции В от возбуждающего nапряжения выражается формулой где А и b - постоянные V - приложенное напряжение.

Coглacнo этой формуле зависимость ln В от представляет собой прямую линию, наклон которой определяется составом основы электролюминофора, природой и концентрацией активатора, а также размером кристаллов электролюминофора.

Леман установнл, что чем меньше размер кристаллов электролюминофора, тем круче идет кривая зависимости яркости свечения от напряжения. В работе Букке и др. 27 показано, что яркость электролюминесценции определяется не только напряженностью приложенного электрического поля, но и количеством электронов, способных участвовать в процессе электролюминесценции. Увеличение запаса локализованных электронов например, путем предварительного возбуждения электролюминофора ультрафиолетовым светом повышает яркость электролюминесценции.

Под действием импульсного напряжения изолированные кристаллы испускают свет в виде нескольких вспышек за период. Исследование изменения во времени мгновенной яркости электролюминесценции так называемые волны яркости, проведенное впервые Дестрио и Маттле, показало, что в каждый полупериод возбуждающего напряжения волны яркости состоят, как правило, из двух пиков первичного и вторичного, обычно меньшего по величине.

Максимум первичного пика в большинстве случаев несколько смещен относительно максимума приложенного напряжения, вторичный пик появляется в тот момент, когда значение напряженности поля проходит через нуль. Форма волн яркости и фазовый сдвиг первичного и вторичного пиков зависят от амплитуды и частоты приложенного напряжения и от температуры.

Число вспышек и соотношение между их величинами зависит от условий возбуждения и люминофора. На рис.1.4.1 а изображена энергетическая схема кристалла с двумя симметричными запирающими барьерами на поверхности в отсутствие внешнего напряжения. Эта схема может быть использована для описания свойств зерен порошкообразного сульфида цинка, в которых могут присутствовать как поверхностные, так и внутренние барьеры.

Барьеры на поверхности могут быть связаны также с присутствием слоев другого твердого вещества с большей, чем у основного материала, работой выхода электронов. Рис.1.4.1 Последовательность процессов ионизации и рекомбинации в кристалле с двумя барьерами. а - энергетическая схема кристалла в отсутствие внешнего напряжения, б - после включения напряжения и в - после изменения его полярности. Внизу показана форма импульсов напряжения V и временное положение световых пиков L t - время. При включении напряжения один из барьеров окажется смещенным в прямом, а другой левый на рис.1.4.1 б - в обратном направлении.

Электроны, поступающие в область сильного поля с поверхностных уровней или из другой фазы, ускоряются и производят ионизацию. Образовавшиеся дырки перемещаются влево, а электроны - вправо. Если данное включение было первым, то этот полупериод не сопровождается сильным излучением, так как в прианодных областях кристалла еще нет ионизированных центров свечения излучение, происходящее одновременно с ионизацией у катода, имеет очень малую интенсивность. Если же ранее правый барьер уже был включен в запирающем направлении рис.1.4.1 в, то в случае б происходит рекомбинация в правой части кристалла.

Откуда и исходит вспышка. Одновременно идет заполнение ловушек преимущественно в прианодной части кристалла. После изменения направления поля рис.1.4.1 в ионизация происходит справа, а основное свечение - слева. Вторичный пик, появляющийся при прохождении поля через нулевое значение напряженности, обусловлен рекомбинацией центров ионизации с теми электронами, которые были ранее отогнаны полем и захвачены на ловушках.

В отличие от электронов, участвующих в формировании первичного пика, эти электроны освобождаются с ловушек не полем, а термически. Поэтому величина вторичного пика должна в большей степени зависеть от температуры, чем величина первичного, что и было подтверждено в работе Маттле 28 . Из осциллограмм, полученных Маттле для волн яркости электролюминофоров ZnS Сu видно, что при малых напряжениях первичный пик больше вторичного.

По мере возрастания напряжения изменяется соотношение амплитуд обоих пиков и появляются дополнительные пики. Одновременно волны яркости все больше смещаются по фазе по отношению к приложенному напряжению. Существует несколько точек зрения относительно природы первичного пика волн яркости. Согласно Залму 20 , он возникает в результате рекомбинации свободных электронов с центрами ионизации в области возбуждения.

Из опытов Георгобиани и Фока следует, что первичиый пик на волнах яркости обусловлен рекомбинацией ионизованных центров не со свободными электронами, как предполагает Залм, а с электронами, которые были захвачены на ловушках в предшествующий период, а затем освобождены полем. Поскольку в люминофорах ZnS Сu имеются ловушки разной глубины, следовало ожидать, что при некоторых условиях можно наблюдать несколько первичных пиков. Появление дополнительных первичных пиков действительно наблюдается при увеличении напряжения и частоты, а также при понижении температуры.

Если импульсы имеют трапецевидную или синусоидальную форму, то общий вид волны яркости сохраняется рис.1.4.2 а и б, но положение основного светового пика относительно волны напряжения зависит от условий возбуждения амплитуды напряжения, длительности импульсов, крутизны переднего фронта и температуры. Рис.1.4.2 Волны яркости при различной форме переменного напряжения. L0 - основной и LП - побочный световые пики. В случае трапецевидной формы напряжения максимум появляется обычно при переходе внешнего напряжения к постоянному значению.

При достаточно большом напряжении максимум пика может появляться еще во время линейного роста напряжения. Кроме того, при прочих равных условиях, временное положение максимума вспышки и соответствующее ему критическое напряжение различно в синей и зеленой спектральных областях. На положении основного максимума при синусоидальном напряжении сказываются также особенности процессов тушения при электролюминесценции.

Ранее отмечалось, что в зернах люминофора может происходить термическое освобождение дырок из центров свечения и передача их центрам тушения. Можно ожидать, также, что одновременно происходит освобождение дырок и под действием поля. При наличии двух каналов рекомбинации излучательного и безызлучательного роль каждого из них зависит от вероятности рекомбинации того или другого типа. Что в свою очередь определяется долей дырок, находящихся в этот момент на центрах свечения. 1.5