WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 11 Влияние магнитного поля на интенсивность электролюминесценции монокристаллов ZnS © Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, А.А. Баскаков, С.З. Шмурак Тамбовский государственный университет, 392622 Тамбов, Россия Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия (Поступила в Редакцию 18 декабря 1998 г.) Обнаружено, что после экспозиции монокристаллов ZnS с микродвойниками в магнитном поле с индукцией 1–10 T интегральная яркость электролюминесценции возрастает в несколько раз. Предполагается, что магнитное поле способствует релаксации метастабильного состояния структурных дефектов.

Электролюминесценция (ЭЛ) в соединениях AIIBVI которым располагался закрепленный между упругими изучается в течение длительного времени. B [1,2] было латунными электродами образец, защищенный кожухом экспериментально показано, что существенную роль в от попадания внешнего света. Возбуждение электролюЭЛ в ”слабом” электрическом поле с напряженностью минесценции осуществляли с помощью синусоидального 105 V/m играет движение заряженных частичных дис- напряжения с частотой = 103 Hz и действующим локаций, которым объясняется ряд особенностей ЭЛ, значением до 2.2 kV, подаваемого на серебряные конв частности, деградация свечения. Авторами [3,4] были такты, нанесенные на грани (1210) образца. Экраниропредприняты попытки обнаружить влияние магнитного вание ФЭУ позволяло избавиться от возможных навополя (МП) на ЭЛ, однако эксперименты дали отрица- док, связанных с наличием электрического поля вблизи тельный результат, поскольку МП включалось на корот- него. Предварительное экспонирование кристаллов в кое время в процессе свечения, а его индукция была постоянном МП с индукцией B = 2 T осуществляли в недостаточно высокой [5] для существенного изменения затемненном пространстве между полюсами электромагформы траекторий электронов, разгоняемых в порaх в нита, удаленного от ФЭУ. Импульсы МП амплитудой электрическом поле, на что рассчитывали авторы [3,4]. В B = 7 T и длительностью 10-2 s генерировались тирисвязи с результатами, полученными в [1,2], представляет- сторным коммутатором в маловитковом соленоиде. Все ся, что для обнаружения влияния МП на ЭЛ необходимо экспериментальные процедуры производились в темноте создать экспериментальные условия, при которых МП для исключения вклада фосфоресценции в измеряемую могло бы повлиять на подвижность дислокаций или со- яркость свечения образца в электрическом поле. Были стояние точечных дефектов в объеме, участвующих в ЭЛ. предприняты меры предосторожности против случайТак, например, в недавних работах [6–8] было надежно ных механических нагружений кристаллов в процессе установлено, что экспозиция диамагнитных соединений экспериментов. Значение I и погрешность ее измеретипа AIBVII в МП приводит к облегченному движению ния определялась усреднением данных, полученных при дислокаций, а в [9,10] показано, что одной из причин многократном извлечении и помещении образца между пластификации кристаллов в МП является изменение электродами, производимом при одинаковых условиях состояния метастабильных точечных дефектов в объеме возбуждения ЭЛ.

кристалла. Похожие магнитостимулированные измене- В первой серии опытов исследовали зависимость интения в подсистеме точечных дефектов наблюдаются также гральной яркости свечения I от действующего значения в Si [11]. Наличие метастaбильности в кристаллической напряжения на образце U. Сначала эту зависимость решетке ZnS с микродвойниками [1,2] позволяет ожи- измеряли в отсутствие МП. Затем образец переносидать, что влияние МП на подвижность дислокаций и ли в электромагнит, где он подвергался экспозиции в состояние точечных дефектов может наблюдаться и в постоянном МП в течение 20 min. Сразу после этого этих диамагнитных кристаллах и может в свою очередь второй раз измеряли зависимость I(U). Установлено, повлиять на их электролюминесценцию.

что после экспозиции в МП зависимость I(U) лежит Цель настоящей работы заключалась в исследовании выше, чем до магнитной обработки, начиная с U > 1kV влияния МП, включаемого до возбуждения ЭЛ, на ее (рис. 1). Таким образом, интенсивность свечения образинтегральную (по спектру) интенсивность. ца при одном и том же напряжении на электродах выше Для исследования влияния предварительной экспози- в кристаллах, предварительно подвергнутых действию МП, чем в образцах, не подвергавшихся его действию.

ции монокристаллов ZnS в МП на их ЭЛ использовали образцы размером 2 2 4 mm с огранкой (1210) Третье измерение зависимости I(U), произведенное и (1011) (в гексагональной индексации), легированные через 24 h на том же образце, позволило установить, 10 p.p.m Cu. Измерение интегральной яркости I про- что увеличение паузы t между экспозицией кристаллов в изводили при T = 293 K с помощью ФЭУ–106, перед МП и измерением яркости ЭЛ приводит к уменьшению Влияние магнитного поля на интенсивность электролюминесценции монокристаллов ZnS Рис. 1. Типичная зависимость интенсивности ЭЛ кристалла ZnS от действующего значения переменного напряжения U, приложенного к образцу ( = 800 Hz): 1 — перед экспозицией в МП; 2 — через 1 min после экспозиции в МП (B = 2T, длительность экспозиции 20 min); 3 — через 24 h после экспозиции в МП.

прироста I, вызванного первой обработкой кристалла в гали действию МП до первого измерения зависимости МП (рис. 1). Отметим, что это уменьшение не связано с I(U). В этих образцах свечение также было заметно обычно наблюдаемой деградацией ЭЛ, стимулированной выше, чем в образцах, не подвергавшихся экспозиции электрическим полем, поскольку в паузе между экспо- в МП перед возбуждением ЭЛ. Следовательно, МП зицией в МП и измерением I напряжение на образце способно изменять состояние кристалла, не подвергавотсутствовало, а суммарная длительность испытаний шегося предварительному возбуждению в электрическом образца в электрическом поле составляла 1h. В то же поле.

время в специальной серии опытов было установлено, В специальной серии опытов было установлено, что что одного часа экспозиции кристалла в электрическом отсутствие серебряных контактов на образце практичеполе недостаточно для уменьшения I даже на 10%. ски не сказывалось на относительной величине магнитУвеличение интенсивности электролюминесценции ного эффекта I/I, хотя и приводит к изменению I по можно было вызвать также и предварительной обработ- абсолютной величине. Следовательно, влияние МП на кой кристаллов импульсом МП длительностью 10-2 s и ЭЛ не связано с изменением свойств контактов и может амплитудой 7 T. При таком способе обработки кристал- наблюдаться независимо от способа из изготовления.

лов в МП, использованном во второй серии опытов, Полученные результаты не позволяют предложить также наблюдается уменьшение I при увеличении паузы однозначную трактовку влияния МП на ЭЛ, поскольку между импульсом МП и наложением электрического неясно, какие объекты в кристалле были подвержены поля для измерения I. Из зависимости I(t), снятой на од- действию МП. В [1,2] показано, что наиболее дейноми томже кристалле (рис. 2), видно, что при t > 48 h ственным механизмом ЭЛ в предпробойном переменном кристаллы ”забывают” о факте из обработки импульсом электрическом поле напряженностью 105 V/m в ZnS МП. Включение повторных импульсов МП после того, является движение частичных дислокаций, инициирокак изменение интенсивности свечения, инициированное ванное действием электрического поля. Это движение первым импульсом I1 становилось близким к нулю оказывается термодинамически выгодным, так как при(при t > 48 h), позволило установить, что каждый после- водит к релаксации политипной гексагональной фазы в дующий импульс МП приводит к меньшему увеличению кубическую. Движение дислокаций обеспечивает переI, чем в результате наложения предыдущего импульса, нос по кристаллу захваченных из ловушек электронов т. е. I1 > I2 > I3 > I4... (рис. 2). и их эммитирование в поры. В порах электроны разК таким же результатам, как и в вышеописанных экс- гоняются под действием электрического поля и, попапериментах, приводят опыты, в которых образцы подвер- дая в основание люминофора, вызывают его свечение.

4 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 1946 Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, А.А. Баскаков, С.З. Шмурак Рис. 2. Зависимость интенсивности ЭЛ кристалла ZnS от времени t, прошедшего после первого включения электрического поля (U = 1.9kV, = 800 Hz) в условиях действия нескольких последовательных импульсов МП (B = 7 T, длительность импульса 10-2 s). Стрелками показаны моменты времени, когда кристалл обрабатывался импульсами МП. Электрическое поле включали для измерения I на короткие промежутки времени 5–10 min.

Поскольку подвижность дислокаций в ZnS, а вместе частиц (в наших условиях дефектов) в момент термостис ней и интенсивность свечения кристаллов в значи- мулированного разрыва или установления ковалентной тельной мере зависят от взаимодействия дислокаций с связи между дефектами, способствуя тем самым выходу точечными дефектами, можно предполагать, что в наших пары из метастабильного состояния. Изменение мульэкспериментах МП могло изменить: состояние точеч- типлетности снимает спиновый запрет на протекание ных дефектов, состояние самих дислокаций и характер некоторых реакций между дефектами в ионных кривзаимодействия дислокаций c точечными дефектами. Из сталлах. Оно становится возможным, когда время жизрис. 2 cледует, что эти изменения являются необрати- ни пары меньше времени спин-решеточной релаксации.

мыми, т. е. МП, по-видимому, способствует релаксации Если предположить, что в ZnS в МП могут происходить состояний структурных дефектов, которая приводит к аналогичные процессы, ”разгoрание” ЭЛ после экспозиоблегченному движению дислокаций в электрическом ции кристаллов в МП можно объяснить спин-зависимой поле. На основании имеющихся данных сделать выбор конверсией структурных дефектов, приводящей к увемежду перечисленными возможностями затруднительно.

личению площади, заметаемой дислокациями при их Однако каждая из них по отдельности была выделена и движении в ЭП. Это в свою очередь может приводить к исследована в ионных кристаллах [12].

увеличению числа электронов, эммитируемых в поры, и, B [12] было установлено, что МП влияет на спинкак следствие, к возрастанию I.

зависимые реакции между различными типами парамагТаким образом, было обнаружено влияние слабого нитных структурных дефектов. Отметим, что экспериМП (B 7T) на состояние кристаллов ZnS, котоменты, выполненные в настоящей работе, как и опыты, рое приводит к увеличению интенсивности их элекописанные в [6–12], проведены в условиях, когда энергия, тролюминесценции. Установлено, что МП инициирует сообщаемая МП парамагнитному дефекту при B 1T, необратимые изменения в кристаллах. Предполагается, составляет µgB 10-4 eV, что на два порядка величто действие МП заключается в инициировании речины меньше средней энергии термических флуктуаций лаксационных процессов в подсистеме метастабильных kT 10-2 eV при T = 293 K (µ — магнетон Бора, структурных дефектов, что в свою очередь приводит к g 2 — фактор спектроскопического расщепления, облегченной подвижности дислокаций.

k — постоянная Больцмана, T — температура). Влияние постоянного МП на электронные процессы и ЭЛ в Работа выполнена при финансовой поддержке РосZnS в условиях, когда µgB kT, способно изменить сийского фонда фундаментальных исследований (грант мультиплетность промежуточных короткоживущих пар № 97-02-16074).

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Влияние магнитного поля на интенсивность электролюминесценции монокристаллов ZnS Список литературы [1] В.И. Клименко, С.А. Омельченко, С.З. Шмурак. ФТТ 30, 6, 1803 (1988).

[2] В.И. Клименко, А.М. Мурадян, А.В. Соловьев, С.З. Шмурак. ФТТ 33, 4, 562 (1991).

[3] G. Destriau. Phil. Mag. 7, 38, 700 (1947).

[4] A.N. Ince. Proc. Phys. Soc. (London) B67, 870 (1954).

[5] В. Пайпер, Ф. Вильямс. УФН 70, 4, 621 (1960).

[6] В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, Т.М. Перекалина, А.А. Урусовская. ФТТ 29, 2, 467 (1987).

[7] В.И. Альшиц, Е.В. Даринская, О.Л. Казакова. ЖЭТФ 111, 2, 615 (1997).

[8] Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 61, 7, (1995).

[9] Yu.I. Golovin, R.B. Morgunov. Chemistry reviews. Harwood 24, (1998).

[10] Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, В.Е. Иванов. Изв. вузов.

Физика 4, 117 (1998).

[11] М.Н. Левин, Б.А. Зон. ЖЭТФ 111, 4, 1373 (1997).

[12] Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. ЖЭТФ 112, 12, 1232 (1998).

4 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.