WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 8 06;07 Определение параметров и характеристик электролюминесценции в тонкопленочных излучателях на основе ZnS : Mn © Н.Т. Гурин, О.Ю. Сабитов Ульяновский государственный университет, 432970 Ульяновск, Россия e-mail: ido@ulsu.ru (Поступило в Редакцию 9 августа 2005 г.) Предложен новый метод определения вероятности излучательной релаксации центров свечения Mn2+ при их ударном возбуждении, а также зависимостей от времени коэффициента умножения электронов, числа ионизаций, приходящихся на один электрон, вышедший из области ионизации, длины области ударной ионизации и коэффициента ударной ионизации из зависимостей от времени мгновенного внутреннего квантового выхода. Указанные зависимости получены на основе экспериментальных зависимостй от времени яркости свечения, тока и заряда, протекающих через слой люминофора, при возбуждении излучателей линейно нарастающим напряжением нижкой частоты.

PACS: 78.60.Fi, 78.66.-w Как известно, процесс люминесценции в тонкопле- с ростом концентрации центров Mn2+ из-за переданочных электролюминесцентных излучателях (ТП ЭЛИ) чи энергии возбужденных центров другим центрам с структуры металл–диэлектрик–полупроводник–диэлек- переводом их на более высокий уровень возбуждения трик–металл на основе ZnS : Mn обусловлен тунне- либо с переводом электрона из валентной зоны в зону лированием носителей заряда с поверхностных со- проводимости [4,5]. Величины Pr определяются отноше стояний прикатодной границы раздела диэлектрик– нием постоянной спада люминесценции к постоянной полупроводник в сильном электрическом поле, последу- излучательной релаксации центров Mn2+ — r ющим ударным возбуждением центров свечения Mn2+ и лавинным размножением носителей из-за ударной иониPr = (2) r зации собственных дефектов структуры и примесей [1].

При этом основным параметром, определяющим эфи не зависят от уровня возбуждения, частоты напряфективность процесса электролюминесценции, является жения возбуждения [6], и составляют по различным внутренний квантовой выход int, зависящий от сечения оценкам от 0.22 до 0.4-0.5 [1,7–9].

ударного возбуждения центров Mn2+, распределения Процесс ударной ионизации собственных дефектов концентрации этих центров по слою люминофора N(x), структуры и примесей характеризуется коэффициентом эффективной толщины слоя люминофора, в которой умножения электронов происходит ударное возбуждение этих центров dpe, и np(t) Qp(t) вероятности излучательных переходов центров Mn2+ M(t) = =, (3) в невозбужденное состояние Pr(t) [2]. Выражение для np (t) Qp (t) 0 мгновенного квантового выхода в момент времени t где np(t), Qp(t) — количество и заряд электронов, имеет вид [2] выходящих из области сильного поля, np (t), Qp (t) — 0 int(t) =N1(t)Pr (t) = (t)N(x, t)dpe(t)Pr (t), (1) количество и заряд электронов, туннелировавших с поверхностных состояний прикатодной границы раздела где N1(t) — число центров свечения, возбуждаемых диэлектрик–люминофор.

одним электроном, прошедшим через слой люминофора.

Коэффициент M(t) связан с числом ионизаций, приЗначения (t) относительно слабо возрастают с ростом ходящихся на один электрон, вышедший из области поля в слое люминофора от 3 · 10-16 до 4 · 10-16 cm2 [3].

сильного поля, Распределение N(x, t) зависит от технологии изготовления ТП ЭЛИ и, как правило, неизвестно. Значения dpe(t) 1 np(t) - np (t) Qp(t) m(t) =1 - = =, (4) определяются разностью толщины слоя люминофора dp M(t) np(t) Qp(t) и толщины несветящейся прикатодной области слоя люминофора xc(t), составляющей от 20 для ТП ЭЛИ, где Qp(t) =Qp(t) - Qp (t).

полученных методом послойной атомной эпитаксии, Процесс ударной ионизации конкурирует с ударным до 200 nm для ТП ЭЛИ, полученных электронно- возбуждением центров Mn2+ и существенно ограничилучевым испарением [1], зависят от распределения вает внутренний квантовый выход int [8], однако точное электрического поля в слое люминофора и в общем описание влияния ударой ионизации на int до недавнего случае также неизвестны. Значения Pr (t) уменьшаются времени отсутствовало.

Определение параметров и характеристик электролюминесценции в тонкопленочных излучателях... В [10] нами был предложен новый метод опреде- заметного объемного заряда, ударной ионизации деления вероятности излучательной релаксации центров фектов структуры и примесей в слое люминофора и свечения Mn2+ Pr, зависимостей от времени коэффи- однородном распределении поля в данном слое. На циента умножения электронов M(t) и числа ионизаций, участках II, III, IV зависимостей I (t) (рис. 1) поp приходящихся на один электрон, вышедший из области ле в слое люминофора становится неоднородным изионизации m(t), а также длины ударного возбуждения за образования объемного заряда вследствие ударной центров свечения lMn из экспериментально определен- ионизации прежде всего собственных дефектов слоя ных зависимостей мгновенного внутреннего квантового люминофора, обусловленных вакансиями серы Vs+ и 2выхода int(t), полученных в первом полупериоде ли- цинка V2n [8]. При концентрации ионизированных ванейно нарастающего напряжения возбуждения ТП ЭЛИ кансий Nv(t) и значениях M(t) 2, когда свободный низкой частоты, при которой скорость нарастания тока электрон участвует в ионизации в среднем не более через слой люминофора I (t) не превышает скорости одного раза, число ионизаций m(t) равно [8]:

p нарастания яркости свечения L(t).

Nv(t) Qp(t) Целью данной работы является дальнейшее развитие m(t) = = (6) np(t) Qp(t) предложенного метода для определения зависимостей длины области ударной ионизации, коэффициента удари ной ионизации от времени и уточнение условий приnp(t) M(t) =. (7) менения метода в зависимости от режима возбуждения np(t) - Nv(t) ТП ЭЛИ.

Из (3), (7) имеем Как ранее нами было показано [2,11], начальный участок I быстрого роста тока, протекающего через слой np (t) =np(t) - Nv(t). (8) люминофора, I (t) и яркости L(t) (до точки r, в которой p начинается спад скорости нарастания тока I (t) — p Пренебрегая рекомбинацией электронов в сильном рис. 1) при возбуждении ТП ЭЛИ линейно нарастающим электрическом поле из-за того, что время пролета в напряжением является экспоненциальным. При этом электронном слое люминофора толщиной dp 0.5 µm участки II, III соответствуют „медленному“ нарастанию при дрейфовой скорости 0.75 · 107 cm/s [12] составлязависимостей I (t) и L(t) с границей между ними, соотp ет 6.7 · 10-12 s, что существенно меньше возможного ветствующей точке прохождения минимальной скорости времени рекомбинации при используемой частоте нанарастания или точке максимального спада тока I (t), p пряжения возбуждения 10 Hz — 3 · 10-3-3.5 · 10-4 s, [8] а участок IV соответствует спаду зависимостей I (t) p получаем, что в ударном возбуждении центров Mn2+ и L(t).

участвуют np (t) электронов. Тогда выражение для int(t) Зависимость напряженности среднего поля в слое в общем виде с учетом (1), (7), (8) имеет вид люминофора от времени Fp(t) с учетом его направления N(t)Pr(t) N(t)Pr(t) имеет вид [2,9]:

int(t) = =, (9) np(t) M(t)np (t) 1 Qe(t) Fp(t) =- U(t) - + Fpol(t) dp Ci где N(t) — число возбужденных центров Mn2+.

Из (1), (9) следует, что на участке I, когда M(t) =1, 1 Ci Qp(t) = - U(t) - + Fpol(t), (5) dp Ci + C Ci + Cp N(t) p = dpe(t) (t)N(x, t). (10) np (t) где Fpol(t) — поле, являющееся суперпозицией квазистационарного поля остаточной поляризации диэлектриВеличина int(t) будет равна Pr(t) при условиях ческих слоев ТП ЭЛИ, возникающего после первого включения ТП ЭЛИ и остающегося фактически постоян- N(t) N(t) N1(t) = = = 1 (11) ным до следующего включения, и полей, обусловленных np(t) M(t)np (t) объемными зарядами в слое люминофора, возникающиили ми вследствие ударной ионизации собственных дефектов N(t) структуры люминофора и примесей и захвата носителей = 1, (12) np (t) заряда глубокими центрами, Qe(t) — заряд, протекающий через ТП ЭЛИ, Ci, Cp — емкости диэлектрических M(t) =1. (13) и люминофорного слоев соответственно.

Условие (12) определяет время tr, при котором длиЗависимость Fp(t) в первом полупериоде напряжения на прианодной светящейся области слоя люминовозбуждения на участке I практически линейна в связи фора dpe(tr ) равна длине ударного возбуждения ценс тем, что величина Qe(t)/Ci не превышает 1-3V тров Mn2+ lMn [5,13]:

на границе участков I и II, что значительно меньше значения напряжения U(t) на этой границе 75-135 V dpe(tr ) =lMn =. (14) (рис. 1, a, c). Это свидетельствует также об отсутствии (tr )N(x, tr ) 4 Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 52 Н.Т. Гурин, О.Ю. Сабитов Рис. 1. Зависимости: a — L(t), b — I (t), c — Fp(t), d — int(t), e — M(t), f — m(t); 1 — U(t), 2 — Um = 120, 3 — 125, p 4 — 130, 5 — 140, 6 — 150, 7 — 160 V. Участки I, II, III, IV показаны для Um = 160 V, Ts = 1 s, 1-й полупериод напряжения U(t), вариант (+Al). Образец №1.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Определение параметров и характеристик электролюминесценции в тонкопленочных излучателях... Условие (13) соответствует максимальному значению и времени t = tr, при котором еще отсутствует ударная xc(tr ) =dp - = dp - lMn. (22) N(x, tr ) ионизация дефектов слоя люминофора, т. е. границе участков I и II (рис. 1). Таким образом, на этой границе Следует отметить, что значение int(tr ) может остав точке r ваться постоянным, но не равным Pr, если N1(tr ) = = const = 1. В соответствии с (1), (14) при фиксирован int(tr ) =Pr (tr ) =Pr = const, (15) ном значении (tr ) это возможно, если значения dpe(tr ) не равны lMn и причем Pr не зависит от амплитуды напряжения возбуdpe(tr ) ждения Um. N1(tr ) =, (23) lMn Считая, что при t > tr на участках II, III из-за что может быть вызвано, в первую очередь, уменьшеотносительно слабого изменения среднего поля в слое нием dpe(tr ) из-за увеличения рассеяния энергии сволюминофора Fp(t) (рис. 1, e) значения N1(t) остаются бодных электронов в сильно дефектной области слоя примерно постоянными, т. е. N(t) np (t), получаем люминофора, прилегающей к нижнему электроду [1,5], int(tr ) Pr и, во-вторых, неравномерным распределением центров int(t) = = Pr 1 - m(t). (16) свечения в слое люминофора N(x, tr ).

M(t) M(t) Таким образом, используя экспериментальные зависиНа участке I при увеличении амплитуды Um поле Fp(t) мости от времени мгновенной яркости L(t), тока I (t) и p в соответствии с (5) в первом полупериоде этого рассчитанную в соответствии с [8] зависимость int(t) напряжения L(t) int(t) =A, (24) U(t) 1 Um I (t) p Fp(t) = t, (17) dp dp tm где коэффициент A в приближении монохроматичности где tm = T /4, T — период напряжения возбуждения, и излучения и равномерно излучающей в любом направледостигает с увеличением t порогового значения, при конии поверхности ТП ЭЛИ равен A = Seq/k0 f hv, Se — тором свободные электроны набирают пороговую энерплощадь ТП ЭЛИ (1.77 mm2), q — заряд электрона, гию и начинается ударное возбуждение центров Mn2+ k0 — коэффициент вывода излучения (0.17), f — сначала в прианодной области слоя люминофора. Затем интенсивность излучения (510lm/W ), hv — энергия по мере роста поля Fp(t) при его однородном распрефотона (2.12 eV), можно определить в точке r знаделении в слое люминофора область запороговой энерчения Pr (tr ), dpe, xc и зависимости M(t) и m(t) на гии электронов распространяется от анодной границы участках II, III.

раздела диэлектрик–полупроводник в сторону катодной Известная зависимость m(t) позволяет также найграницы, т. е. эффективная толщина слоя люминофора ти коэффициент ударной ионизации (t) собственных dpe(t) изменяется от нуля до некоторого максимального дефектов структуры, определяемый числом ионизаций, значения, которое меньше „геометрической“ толщины осуществляемых одним электроном на 1 cm длины обслоя люминофора dp на величину несветящейся приласти ударной ионизации кладной области xc(t) m(t) (t) =, (25) xc(t) dpi(t) dpe(t) =dp - xc(t) =dp 1 -. (18) dp где dpi(t) — длина области ударной ионизации собственСучетом (17) ных дефектов структуры в слое люминофора.

В первом приближении величина dpi(t) определяется Fpt tt разностью толщины слоя люминофора dp и толщины dpe(t) =dp 1 - = dp 1 -, (19) Fp(t) t слоя полжительного объемного заряда в прианодной области, где полностью ионизированы такие дефекты где Fpt и tt — пороговые значения поля Fp и времени t, + структуры слоя люминофора, как вакансии серы VS и при которых начинается свечение ТП ЭЛИ, т. е. ударное 2цинка VZn [8], и может быть найдена из зависимости возбуждение центров Mn2+. С учетом (1), (10), (12), напряжения на слое Up(t) на участках II, III в первом (13), (15) в точке r при t = tr имеем полупериоде напряжения возбуждения tt (tr ), N(x, tr )dp 1 - = 1, (20) Up(t) =-Fp(t)dp, (26) tr где среднее поле в слое люминофора Fp(t) определим откуда аналогично [14].

1 lMn Выражение для поля в слое люминофора при фикtt = tr 1 - = tr 1 - (21) сированном времени t в функции расстояния x от (tr ), N(x, tr )dp dp Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 54 Н.Т. Гурин, О.Ю. Сабитов катодной границы раздела диэлектрик-люминофор с при температуре 250C в течение часа, непрозрачный учетом решения уравнения Пуассона имеет вид электрод — вакуумтермическим испарением, диэлектрические слои получали электронно-лучевым испарением.

x Экспериментально были исследованы зависимости Fp(x) =Fpc - (x)dx, (27) мгновенной яркости свечения L(t) и тока через ТП ЭЛИ Ie(t) при возбуждении ТП ЭЛИ знакопеременным напряжением треугольной формы, подаваемым с генерагде Fpc — фиксированное поле в прикатодной области тора Г6-34 с дополнительным усилителем — формирослоя люминофора, соответствующее полю (5) без учета вателем и внешним генератором запуска Г5-89. В ресоставляющей Fpol(t), (x) — распределение объемного жиме однократного запуска напряжение возбуждения заряда в прианадоной области, — диэлектрическая представляло собой пачку импульсов из двух периодов проницаемость люминофора, 0 — электрическая постонапряжения треугольной формы, следующих с частоянная.

той 10 Hz, при которой скорость нарастания тока I (t) p При равномерном распределении собственных дефекне превышает скорости нарастания яркости L(t) [8].

Pages:     || 2 | 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.