WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

туннельной эмиссии (участок I) (рис. 1, d); при уве- щине слоя люминофора [2,3]. При этом в соответствии личении напряжения V (t) поля Fp(t) происходит рост с [5,9–11] спектр электролюминесценции ТП ЭЛИ обустоков Ie(t) и I (t) (участок I, II) относительно их ловлен внутрицентровым излучением центров Mn2+ и p значений без ИК засветки ТП ЭЛИ (рис. 1, a, b, d) за образован полосами с максимумами длин волн m = 557, счет ионизации дополнительно образованных вакансий 578, 600, 616, 635-637 nm, обусловленными различным + серы VS в слое люминофора. Разница в значениях I (t) расположением ионов Mn2+ в реальной кристалличеp и Qp(t) для вариантов (±Al) обусловлена неодно- ской решетке ZnS и возможным образованием фазы родным распределением дефектов структуры по тол- -MnS (m = 635 nm [10,11]). В спектре может присутЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып. Инфракрасное тушение электролюминесценции тонкопленочных электролюминесцентных... ствовать также полоса с m = 606-610 nm, связанная с участке IV волны яркости и дополнительно в полном комплексными центрами, образованными ионами Mn2+ спектре (рис. 2, d-f ).

и вакансиями серы VS [12–14]. Смещение длинноволновой стороны спектров элекНаблюдаемое излучение в области 530-540 nm без тролюминесценции в более коротковолновую область ИК подсветки (рис. 2, 3) может быть связано с ре- (рис. 2, f, 3, a, d, f ) обусловлено, по-видимому, уменьшекомбинационным излучением, возникающим при захвате нием концентрации комплексных центров, образованных свободных электронов глубокими центрами, обуслов- ионами Mn2+ и вакансиями серы и дающими полосу ленными двукратно ионизированными вакансиями се- излучения с m = 606-610 nm [12–14], из-за описанного 2+ ры VS с энергией — 1.3 eV выше потолка валентной выше изменения зарядового состояния вакансий серы, зоны [5,12,15]. Ее более сильное проявление в вари- а более сильное проявление этого смещения в вариананте (-Al) обусловлено технологией получения слоя те (+Al) обусловлено, как указывалось, более высокой ZnS : Mn, при которой, как указывалось, часть слоя концентрацией вакансий серы и центров Mn2+ у верхнего Al электрода [2,3]. Так как ИК подсветка уменьшает ZnS, прилегающая к верхнему электроду, оказывается 2+ обедненной серой, что приводит к появлению в равно- концентрацию центров VS, то указанные комплексные центры образованы, по-видимому, ионами Mn2+ именно весных условиях большей концентрации вакансий серы 2+ с вакансиями серы VS.

в этой области по сравнению с нижней частью слоя Отсутствие влияния ИК подсветки на спектры элекZnS [2,3]. Ослабление этой полосы на I участке и в тролюминесценции в непрерывном режиме возбуждения полном спектре в варианте (-Al) (рис. 2, a, e, f ) после ТП ЭЛИ и во время действия импульсов напряжения ИК подсветки объясняется уменьшением концентрации 2+ центров VS в результате захвата этими центрами элек- возбуждения в режиме однократного запуска обусловлено большим временем, необходимым для образования тронов, освобожденных из валентной зоны, приводящего + + к увеличению концентрации центров VS. Это вызы- дополнительных глубоких центров VS при используемой плотности потока ИК фотонов из-за малой толщины вает усиление полосы рекомбинационного излучения пленки люминофора и малого времени паузы в про640-690 nm на I участке в варианте (-Al) (рис. 2, a, d), обусловленного переходами электронов из зоны прово- межутках между импульсами напряжения возбуждения (< 10 ms) в этих случаях [3].

димости или с относительно мелких донорных уровней, ИК тушение основного максимума электролюминесобразованных, в частности, центрами Zn0 с энергией i 0.1-0.12 eV от дна зоны проводимости [2,3,12] на уро- ценции связано, по-видимому, с перераспределением + каналов ударного возбуждения центров свечения Mn2+ и вень, образованный VS, с энергией 1.9eV ниже дна + глубоких центров, обусловленных вакансиями серы VS зоны проводимости.

2Полоса излучения с m = 490-495 nm (рис. 2, 3, a, и цинка VZn [4]. В пользу этого свидетельствует уменьd, e, f ) обусловлена, по-видимому, рекомбинационным шение волны яркости L(t) на = 585 nm (рис. 1, a, b) излучением донорно-акцепторных пар, связанных с ва- и полной волны яркости L(t) (рис. 1, d) одновременно 2+ кансиями серы VS. Тушение этой полосы после ИК под- с увеличением тока I (t) и заряда Qp(t) (рис. 1, d, e), p светки на всех спектрах в варианте (-Al) и появление ее сопровождающееся снижением внутреннего квантового на спектрах участков I, IV в варианте (+Al) может быть выхода int(t) (рис. 1, f ). При этом приращение концен+ связано с различным распределением дефектов структу- трации центров VS за счет ИК подсветки, а следователь2+ ры по толщине слоя люминофора, преобладанием, как но, и равновесная концентрация центров VS — NV S ранее указывалось, в верхней части слоя люминофора составляют при приращении заряда на участках I-III дефектов типа вакансий серы. После ИК подсветки Qp = 1.5-2.1 · 10-9 C (рис. 1, e), толщина слоя ПОЗ 2+ концентрация вакансий серы VS, а следовательно, и d = 0.2 µm, Se = 2mm2, NV = 2.3-3.2 · 1016 cm-3, что S донорно-акцепторных пар падает.

соответствует ранее полученным результатам [3]. По+ Относительное ослабление изменения указанных выскольку равновесная концентрация вакансий VS оцеше полос на II, III участках волн яркости (рис. 2, 3) нивается величиной NV = 3-4 · 1016 cm-3 [3], то ИК S обусловлено существенным возрастанием интенсивнозасветка может приводить к перераспределению про+ сти внутрицентрового излучения ионов Mn2+ на этих цессов ударного возбуждения центров VS и Mn2+ участках.

в 1.5-2.1 раза в зависимости от вариантов (±Al) в + Увеличение после ИК подсветки основного максимупользу центров VS даже без учета меньшей энергии ма электролюминесценции на IV участке волны яркости ионизации их ( 1.9eV) по сравнению с центрами Mn2+ в варианте (-Al) (рис. 2, d-f ) и внутреннего квантового (2.4-2.5eV) и соответственно без учета увеличенной выхода int(t) на этом участке (рис. 1, f ) может быть эффективной толщины слоя люминофора, в которой + обусловлено резонансным поглощением излучения с происходит ионизация центров VS, по сравнению с m = 530 nm ионами Mn2+ [16], находящимися вблизи центрами Mn+, а также без учета большего сечения 2+ + вакансий серы VS в верхней части слоя люминофора, ударного возбуждения центров VS.

+ в условиях уменьшения поля Fp(t) (рис. 1, c) и прекраРассмотрим соотношение концентраций центров VS щения ударной ионизации центров Mn2+, что приводит и Mn2+ более детально. Количество возбужденных к ослаблению полосы излучения в области 530 nm на ударной ионизацией центров Mn2+, релаксирующих с 4 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 52 Н.Т. Гурин, Д.В. Рябов испусканием фотонов, в приближении монохроматич- ионизации глубоких центров, обусловленных прежде + 2ности излучения и равномерно излучающей в любом всего вакансиями серы VS и цинка VZn. Последнее направлении поверхности ТП ЭЛИ за полпериода T /2 подтверждается данными [20], свидетельствующими о напряжения V (t) определяется выражением [6] том, что распределение горячих электронов в ZnS резко спадает при энергиях 2.64-2.82 eV (энергия ионизаALeT 2Nr =, (4) ции VZn 2.6-2.8eV [3]).

2KОценим полное число возбужденных центров Mn2+ (N ) и вероятность их излучательной релаксации Pr где A =(Se)/(h f ), h — энергия фотона, f — видность излучения, Le — средняя яркость свечения ТП Nr ЭЛИ за полпериода T /2 напряжения возбуждения V (t), N =. (6) Pr K0 — коэффициент вывода излучения из ТП ЭЛИ.

При h = 2.12 eV (m = 585 nm), f = 510 lm/W, Внутренний квантовый выход int связан с Pr и колиK0 = 0.2, T = 0.05 s, Se = 2mm2, измеренном без ИК чеством центров Mn2+, ионизированных одним электрозасветки в непрерывном режиме возбуждения на чаном, прошедшим через слой люминофора N1, соотношестоте 20 Hz, при значении Le = 5cd/m2 получаем нием Nr = 2.7 · 1010, что соответствует концентрации ценint = N1 · Pr, (7) тров свечения при эффективной толщине слоя люминофора, в котором происходит ударное возбуждение цен- где тров Mn2+, dpe = 0.3-0.4 µm, N = 3.4-4.5 · 1016 cm-3.

N1 = dpe · · N, (8) Это значение даже меньше величины суммарной рав+ 2 — сечение ударного возбуждения центров Mn2+, новесной концентрации центров VS и VZn, состав = 2 · 10-16 cm2 [21], N — их концентрация в слое ляющей 6.2-7.7 · 1016 cm-3 [3], ударная ионизация люминофора; при используемом уровне легировакоторых приводит к образованию ПОЗ. Указанные ния (0.5% mass.) N = 2 · 1020 cm-3 [17].

значения концентрации ионизированных глубоких ценПри int = 0.16, dpe = 0.3-0.4 µm, N = 2.7 · тров, образующих ПОЗ, полностью соответствуют раиз (6)-(8) получаем N = 20-27 · 1010, что больше конее определенным значениям: 1016-1017 cm-3 [17], личества электронов, прошедших слой люминофора — 4.8-9.0 · 1016 cm-3 [18], а также величинам равновесной + 2np = 17 · 1010, и свидетельствует о неправомочности концентрации центров VS и VZn в ZnS [15]. Таким + образом, увеличение концентрации центров VS при ИК использования выражения (8), так как значение Nзасветке на NV = 2.3-3.2 · 1016 cm-3 действительно ограничено количеством электронов, эмиттированных S сильно влияет на перераспределение каналов ударного с поверхностных состояний катодной границы раздевозбуждения центров свечения и центров, обусловлен- ла диэлектрик-люминофор за полпериода напряже+ ных собственными дефектами структуры. ния V (t) — np0, и количеством глубоких центров VS 2Поскольку величина заряда Qp, протекшего через и VZn — NV. Тогда, если считать, что в процессе + 2слой люминофора за полпериода напряжения возбужударной ионизации ионизируются все центры VS и VZn, дения V (t), определенная аналогично [3], составляет в пользу чего свидетельствует вид зависимостей I (t), p 2.7 · 10-8 C, что соответствует количеству носителей Qp(t) (рис. 1, d, e), то общее количество возбужденных заряда (электронов, так как их подвижность в ZnS центров Mn2+ — N не превышает величины в 28 раз выше подвижности дырок [3]) np = 17 · 1010, то это, с одной стороны, свидетельствует о достаN np - NV. (9) точном количестве свободных электронов для ударной ионизации центров свечения Mn2+ и центров, обусловУчитывая приведенные выше значения np, N и обленных вакансиями серы и цинка. С другой стороны, + 2щее количество центров VS и VZn, соответствующее внутренний квантовый выход ТП ЭЛИ за полпериода равновесной концентрации их в слое люминофора ТП напряжения V (t) в приближении монохроматичности ЭЛИ 6.2-7.7 · 1016 cm-3 [3], NV = 4.8-6.4 · 1010, велиизлучения и равномерно излучающей в любом направлечина N составит N 10.6-12.2 · 1010. В таком случае нии поверхности ТП ЭЛИ определяется, согласно [19], из (6) значение Pr составляет Pr 0.22-0.25, что выражением близко к оценочной величине Pr = 0.4 [21]. Следует Nr unt =, (5) отметить, что значения N, Nr и int могут быть np в 2-2.5 раза выше только за счет использования возбу что при ранее приведенных значениях Nr и np дает ждающего напряжения V (t) с более высокой скоростью int = 0.16 и свидетельствует о том, что только каждый нарастания напряжения [22] из-за возрастания токов шестой электрон, прошедший через слой люминофора, Ie(t), I (t) [7,22] и, как следствие, np0, а также доp вызывает возбуждение центров Mn2+, релаксирующих полнительно в несколько раз больше из-за уменьшения излучательно. Остальная часть общего количества элек- несветящейся прикатодной области слоя люминофора и тронов np участвует в ударном возбуждении центвозрастания dpe в более совершенных структурах ТП ров Mn2+, релаксирующих безызлучательно, и ударной ЭЛИ, полученных послойной атомной эпитаксией [21], Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Инфракрасное тушение электролюминесценции тонкопленочных электролюминесцентных... вследствие увеличения N при той же концентрации полпериода напряжения возбуждения V (t) ионизируются + центров Mn2+ в слое люминофора N. все центры VS, и учитывая, что при NV < np0 колиS + Учитывая, что ударное возбуждение центров Mn2+ чество центров VS, возбуждаемых одним электроном, не приводит к появлению новых свободных носителей, прошедшим слой люминофора NV, можно определить S можно определить коэффициент умножения электропо формуле (8), величина V определится в виде S нов M в слое ZnS np M =. (10) NV S np0 V =. (15) S dpeNV S Так как число ионизаций m, приходящихся на 1 электрон, вышедший из области сильного поля, равно При dpe = 0.3-0.4 µm, NV 1, NV = 3-4 · 1016 cm-S S получаем V 0.6-1.1 · 10-12 cm2, что соответствует S m = 1 -, (11) центрам притяжения [25] и существенно больше сечеM ния ударного возбуждения нейтральных центров Mn2+ то общее число ионизаций, сопровождающихся умно- ( 2 · 10-16 cm2).

жением электронов, составит m · np. С другой стороны, Полученные данные позволяют также оценить сече2+ если принять, что умножение электронов осуществляет- ние поглощения ИК фотона центром VS (сечение 2+ ся преимущественно за счет ионизации всех глубоких фотогенерации дырок в валентной зоне с центров VS ).

+ 2центров VS и VZn, количество которых равно NV, то Согласно [25], значения m и M определяются в виде =, (16) NV np S NV m =, M =. (12) np np - NV где — коэффициент поглощения ИК излучения, + NV — концентрация фотогенерированных центров VS.

S При определенных ранее значениях NV и np полуПри условии пренебрежения отражением ИК излучаем m = 0.28-0.38, M = 1.4-1.6. Такая величина M чения и его поглощением в других слоях структуры полностью согласуется с данными [23], где для „тонТП ЭЛИ и в подложке, а также при экспоненциальном ких“ образцов ТП ЭЛИ (dp = 230 nm), полученных позаконе поглощения этого излучения в слое люминофора слойной атомной эпитаксией и имеющих минимальную 2+ (центрами VS ), выражение для можно записать в толщину несветящейся прикатодной области, в которой виде происходит ускорение свободных электронов до энергии n0 1 · TS = ln = ln, (17) ионизации центров Mn2+ ( 20 nm [21]) по сравнению d nd d ( TS - NV d) S с ТП ЭЛИ, изготовленными по другим технологиям (до 200 nm [21]), определены значения M = 1.4-1.8; эти где d — толщина слоя ПОЗ; n0 = SeTS — количезначения несколько меньше величин M, полученных для ство ИК фотонов, попавших на поверхность ТП ЭЛИ;

более толстых образцов ТП ЭЛИ этими же авторами nd = TSSe - NV Sed — количество ИК фотонов, проS (M = 2.1-4), и значений M = 3.9, полученных автора- шедших слой люминофора без поглощения.

ми [24].

Подставляя в (16), (17) значения d = 0.2 µm, = Определенное выше значение M позволяет найти = 3 · 1015 mm-2· s-1, Ts = 100 s, NV =(2.3-3.2) S количество электронов, туннелировавших через барьер 1016 cm-3, получим =(7.5-10.5) · 10-4 cm-1, на катодной границе раздела диэлектрик-люминофор за = 3.3 · 10-20 cm2.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.