Η ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης ανακαλύφθηκε από τον O. V. Losev το 1923 κατά τη μελέτη ανιχνευτών κρυστάλλων με βάση το καρβίδιο του πυριτίου. Βασίζεται στην αρχή λειτουργίας των LED και των λέιζερ ημιαγωγών. Η ηλεκτροφωταύγεια είναι η φωταύγεια που διεγείρεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Παρατηρήθηκε στα αέρια και στερεάαχ. Με την ηλεκτροφωταύγεια, τα άτομα (μόρια) μιας ουσίας περνούν σε διεγερμένη κατάσταση ως αποτέλεσμα της εμφάνισης κάποιας μορφής ηλεκτρικής εκκένωσης σε αυτήν. Η ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης παρατηρείται όταν η σύνδεση p-n είναι ενεργοποιημένη προς τα εμπρός. Όταν εφαρμόζεται μια εξωτερική τάση U, η οποία μειώνει τη διαφορά δυναμικού επαφής, εισάγονται περίσσιες οπές (εγχέονται) στην περιοχή n και ηλεκτρόνια στην περιοχή p ή και τα δύο εισάγονται σε ένα λεπτό στρώμα υψηλής ειδικής αντίστασης μεταξύ του n - και p-περιοχές. Η κύρια σημασία εδώ είναι η φύση των επαφών μεταξύ των ηλεκτροδίων και της φωτεινής ουσίας. Ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης, δηλ. Η παραγωγή οπτικής ακτινοβολίας σε μια διασταύρωση pn συνδυάζει δύο διαδικασίες: έγχυση φορέα και την ίδια την ηλεκτροφωταύγεια.

Εάν η διασταύρωση p-n είναι υπό τάση που εφαρμόζεται στην προς τα εμπρός κατεύθυνση, τότε οπές από την περιοχή p και ηλεκτρόνια από την περιοχή n κινούνται το ένα προς το άλλο και ανασυνδυάζονται με την ακτινοβολία, πέφτοντας στην περιοχή μετάβασης. Για παράδειγμα, εάν η συγκέντρωση ηλεκτρονίων στην περιοχή n είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση της οπής στην περιοχή p, δηλ. nn>pp, τότε εγχέονται ηλεκτρόνια από την n-περιοχή στην p-περιοχή.

Οι φορείς μειοψηφίας φορτίου που εγχέονται μέσω της διασταύρωσης pn διαχέονται βαθιά στο υλικό. Λόγω των διαδικασιών ανασυνδυασμού, η συγκέντρωσή τους μειώνεται με την απόσταση από την περιοχή φορτίου χώρου.

Εικόνα 1. - Έγχυση

Στο σταθερή ταχύτηταανασυνδυασμό, η συγκέντρωση των φορέων μειοψηφίας φορτίου θα μειώνεται με την απόσταση σύμφωνα με έναν εκθετικό νόμο. Η απόσταση στην οποία η συγκέντρωσή τους μειώνεται κατά e φορές είναι ίση με το μήκος διάχυσης. Αυτή η τιμή μπορεί να ληφθεί ως το βάθος στο οποίο διεισδύουν οι εγχυόμενοι φορείς φορτίου. Έτσι, το βάθος διείσδυσης των ηλεκτρονίων στην περιοχή p μπορεί να θεωρηθεί ίσο με το μήκος διάχυσης Ln στο p-υλικό και το βάθος διείσδυσης των οπών στην περιοχή n μπορεί να θεωρηθεί ίσο με το μήκος διάχυσης Lp στο n -υλικό.

Τα ανασυνδυαζόμενα ηλεκτρόνια μετακινούνται από υψηλότερα επίπεδα ενέργειας της ζώνης αγωγιμότητας, κοντά στο κατώτερο όριο της, σε χαμηλότερα επίπεδα που βρίσκονται κοντά στο ανώτερο όριο της ζώνης σθένους. Στην περίπτωση αυτή, απελευθερώνεται ένα φωτόνιο, η ενέργεια του οποίου είναι σχεδόν ίση με το διάκενο ζώνης Π.χ.

Το γερμάνιο και το πυρίτιο δεν είναι κατάλληλα για LED επειδή το διάκενο ζώνης τους είναι πολύ μικρό. Τα σύγχρονα LED χρησιμοποιούν κυρίως φωσφίδιο γαλλίου GaP και καρβίδιο του πυριτίου SiC, καθώς και μερικές τριμερείς ενώσεις που ονομάζονται στερεά διαλύματα που αποτελούνται από γάλλιο, αλουμίνιο και αρσενικό (GaAlAs) ή γάλλιο, αρσενικό και φώσφορο (GaAsP) κ.λπ. Η εισαγωγή ορισμένων ακαθαρσιών σας επιτρέπει για να αποκτήσετε λάμψη διαφορετικών χρωμάτων.

Η διαδικασία ανασυνδυασμού συνίσταται στη μετάβαση των ηλεκτρονίων από τη ζώνη αγωγιμότητας στη ζώνη σθένους και συνοδεύεται από την απελευθέρωση περίσσειας ενέργειας. Μέρος αυτής της ενέργειας δαπανάται για τη θέρμανση του κρυστάλλου, και το υπόλοιπο εκπέμπεται με τη μορφή κβαντών φωτός.

Όταν ανάψει το LED αντίστροφη κατεύθυνσηΔεν θα υπάρχει έγχυση φορέα, το ρεύμα θα είναι μικρό και δεν θα υπάρχει ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης. Η διαδικασία ανασυνδυασμού συνίσταται στη μετάβαση των ηλεκτρονίων από τη ζώνη αγωγιμότητας στη ζώνη σθένους και συνοδεύεται από την απελευθέρωση περίσσειας ενέργειας. Μέρος αυτής της ενέργειας δαπανάται για τη θέρμανση του κρυστάλλου και το υπόλοιπο εκπέμπεται με τη μορφή κβαντών φωτός.

Ο ανασυνδυασμός μπορεί επίσης να συμβεί με τη συμμετοχή επιπέδων ακαθαρσιών. Όταν τα ηλεκτρόνια και οι οπές ανασυνδυάζονται σε αυτό το στρώμα, εμφανίζεται μια λάμψη. Το χρώμα της λάμψης κατά την ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης εξαρτάται από το υλικό βάσης και τη φύση των ακαθαρσιών. Τα LED με βάση το GaP χρησιμοποιούνται ευρέως, που εκπέμπουν στις πράσινες, κίτρινες και κόκκινες περιοχές του φάσματος.

Εφαρμογή ηλεκτροφωταύγειας έγχυσης σε εκπομπούς φωτός

Το 1950, εμφανίστηκε μια αναφορά από τους Αμερικανούς ειδικούς Payne, Mager και Jerome πρακτική χρήσητο φαινόμενο της ηλεκτροφωταύγειας, που είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας νέας πηγής φωτός - μιας λάμπας ηλεκτροφωταύγειας. Από φέτος, σε πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένης της ΕΣΣΔ, η ανάπτυξη εις βάθος έρευνας για τα φαινόμενα ηλεκτροφωταύγειας και η πρακτική εφαρμογή τους σε πηγές φωτός νέου τύπου και θεμελιωδώς νέους ενισχυτές φωτός, ενισχυτές φωτός, συσκευές λήψης τηλεόρασης, υπολογιστές και ξεκίνησαν άλλες συσκευές.

Ένα σημαντικό μέρος της εργασίας για την ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης είναι αφιερωμένο στη μελέτη της φυσικής αυτού του φαινομένου. Χάρη στην πρόοδο στη μελέτη του μηχανισμού της φωταύγειας και της φύσης των κέντρων ανασυνδυασμού ακτινοβολίας και μη ακτινοβολίας κατέστη δυνατή η ανάπτυξη μιας τεχνολογίας για την παραγωγή αποδοτικών LED με βάση το καρβίδιο του πυριτίου και το φωσφίδιο του γαλλίου.

Ας εξετάσουμε ορισμένες ιδιότητες της ηλεκτροφωταύγειας που είναι σημαντικές από την άποψη Πρακτική εφαρμογη. Θα μιλήσουμε για ειδικές περιπτώσεις ηλεκτροφωταύγειας - λάμψης που εμφανίζεται στους κρυστάλλους όταν εφαρμόζονται σε αυτούς μεγάλα εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία.

Ο σχεδιασμός μιας ηλεκτροφωταυγούς πηγής φωτός φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 2. Για λόγους σαφήνειας, το πάχος των στρωμάτων αυξάνεται πολύ και δυσανάλογα. Η λεπτή κρυσταλλική σκόνη της φωταυγούς ουσίας κατανέμεται εδώ στο διηλεκτρικό ρητίνης, σχηματίζοντας ένα λεπτό στρώμα μεταξύ των ηλεκτροδίων. Ένα από τα ηλεκτρόδια είναι διαφανές.

Στα περισσότερα σχέδια, το υποστηρικτικό μέρος είναι μια γυάλινη πλάκα, στο ένα στόλον της οποίας δημιουργείται μια αγώγιμη διαφανής επίστρωση από οξείδιο του κασσιτέρου ή οξείδιο του καδμίου. Η αγώγιμη επίστρωση μπορεί επίσης να είναι μια λεπτή μεμβράνη από διασκορπισμένο χρυσό ή ένα λεπτό δομικό πλέγμα από ορείχαλκο ή φωσφόρο μπρούντζο. Στην επιφάνεια του αγώγιμου στρώματος εφαρμόζεται ένα διηλεκτρικό στρώμα που περιέχει ένα ηλεκτροφωταύγεια, που συνήθως βασίζεται σε θειούχο ψευδάργυρο. Στη συνέχεια δημιουργείται ένα δεύτερο ηλεκτρόδιο, συνήθως με τη μορφή ενός λεπτού στρώματος αλουμινίου που εναποτίθεται υπό κενό. Αυτό το ηλεκτρόδιο χρησιμεύει επίσης για να αντανακλά το εκπεμπόμενο φως προς το διαφανές ηλεκτρόδιο. Στα άκρα του στοιχείου, στερεώνονται δύο μαλακά μεταλλικά παρεμβύσματα, συνδεδεμένα με ηλεκτρόδια. Η κατασκευή της συσκευής ολοκληρώνεται καλύπτοντας την πίσω πλευρά με ένα στρώμα διηλεκτρικού, το οποίο προστατεύει τα λεπτά στρώματα από μηχανικές βλάβες και την είσοδο υγρασίας και σκόνης και τα μονώνει και ηλεκτρικά.

Εικόνα 2. - Σχεδιασμός πηγής ηλεκτροφωταύγειας φωτός (όψη τομής): 1– γυάλινη πλάκα. 2 - μονωτήρας? 3 - μεταλλικό ηλεκτρόδιο επαφής. 4 - προστατευτική επίστρωση. 5 - διαφανές αγώγιμο φιλμ. 6 - ηλεκτροφωταύγεια. 7 - μεταλλική πλάκα. 8 - ηλεκτρόδιο επαφής της αγώγιμης επίστρωσης.

Η φωτεινότητα των πηγών ηλεκτροφωταύγειας αυξάνεται κατά τις πρώτες ώρες λειτουργίας και στη συνέχεια μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Μπορούν να διατηρήσουν το 90% της αρχικής φωτεινότητας μετά από 1000 ώρες λειτουργίας και το 75% μετά από 4000 ώρες. Για σύγκριση, ας αντικαταστήσουμε ότι στους λαμπτήρες φθορισμού, η φωτεινή ροή μετά τη λειτουργία για 2000-2500 ώρες μειώνεται κατά 30%, και ο μέσος χρόνος καύσης των λαμπτήρων πυρακτώσεως είναι μόνο 1000 ώρες.

Οι κύριες παράμετροι των LED είναι οι εξής:

1. Η φωτεινή ένταση μετριέται σε καντέλες (μονάδα φωτεινής έντασης που εκπέμπεται από μια τυπική ειδική πηγή) και καθορίζεται για μια συγκεκριμένη τιμή του μπροστινού ρεύματος. Για τα LED, η φωτεινή ένταση είναι συνήθως από μονάδες έως εκατοντάδες mCd.
2. Λάμψη, ίσο με την αναλογίαφωτεινή ένταση στην περιοχή της φωτεινής επιφάνειας (δεκάδες - εκατοντάδες καντέλες ανά cm2).
3. Σταθερή προς τα εμπρός τάση (2-3 V).
4. Χρώμα λάμψης και μήκος κύματος που αντιστοιχεί στη μέγιστη φωτεινή ροή.
5. Μέγιστο επιτρεπόμενο συνεχές ρεύμα προς τα εμπρός (δεκάδες mA).
6. Μέγιστη επιτρεπτή σταθερή αντίστροφη τάση (μονάδες V).
7. Εύρος θερμοκρασίας περιβάλλον, στο οποίο το LED μπορεί να λειτουργήσει κανονικά (για παράδειγμα, από –60 έως +700C).

Μετά την ανάλυση της ηλεκτροφωταύγειας έγχυσης, ανακάλυψα ότι η ηλεκτροφωταύγεια είναι ένα φαινόμενο λόγω του οποίου μπορούν να ληφθούν εκπομποί ημιαγωγών. Η ηλεκτροφωταύγεια είναι μια λάμψη που εμφανίζεται όταν ένα στερεό σώμα διεγείρεται από ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο ή ρεύμα. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτής της διαδικασίας είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη θέρμανσης του σώματος, όπως στην περίπτωση των λαμπερών σωμάτων πυρακτώσεως. Επί του παρόντος αυτή η κατεύθυνση είναι καυτό θέμαγια έρευνα.

Τα ηλεκτρόνια μιας οπής σε έναν ημιαγωγό μπορούν να συνδυαστούν με την εκπομπή ενός φωτονίου. Μπορούμε να φανταστούμε τέσσερις παραλλαγές τέτοιων διαδικασιών: μετάβαση ενός ηλεκτρονίου ζώνης αγωγιμότητας σε μια οπή στη ζώνη σθένους και σε μια οπή στο επίπεδο δέκτη, και μετάβαση ηλεκτρονίων. επίπεδο δότη στην οπή της ζώνης σθένους και στην οπή επιπέδου δέκτη.

Για να είναι ένας ημιαγωγός εκπομπής φωτός, η δομή του πρέπει να ευνοεί τον γρήγορο ανασυνδυασμό ηλεκτρονίων

και οπές, και επέτρεψε επίσης την εισαγωγή ηλεκτρονίων σε διεγερμένες καταστάσεις. Τέτοιες καταστάσεις θα ληφθούν εάν είναι δυνατή η έγχυση ηλεκτρονίων σε έναν ημιαγωγό που έχει περισσότερες οπές, δηλαδή σε έναν n-κρύσταλλο. Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί με την εισαγωγή οπών σε έναν ημιαγωγό τύπου n. Τέλος, μπορεί κανείς να καταφύγει και στην έγχυση οπών και ηλεκτρονίων στον μονωτή.

Εάν, περνώντας ρεύμα από έναν ημιαγωγό, πραγματοποιήσουμε μία από αυτές τις διεργασίες, τότε θα συμβεί μια άμεση μετατροπή της ενέργειας του ρεύματος σε φως, δηλ. θα λάβει χώρα ηλεκτροφωταύγεια.

Το πιο βολικό για την πρακτική εφαρμογή της ηλεκτροφωταύγειας αποδείχθηκε ότι ήταν οι δίοδοι p-n που κατασκευάζονται από δυαδικούς ημιαγωγούς όπως το φωσφίδιο του γαλλίου ή το αρσενίδιο του γαλλίου. Στο Σχ. Το 308a δείχνει ένα διάγραμμα των ενεργειακών επιπέδων της διόδου. Μεταξύ των περιοχών p και n της διόδου, όπως μόλις εξηγήθηκε, θα δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού επαφής, εξισορροπώντας τη διάχυση ηλεκτρονίων (μαύροι κύκλοι) στην περιοχή p και οπών (ανοιχτοί κύκλοι) στην περιοχή n ( Εικ. 308a, α)

Όταν εφαρμόζεται ένα πεδίο (Εικ. 308a, b), το φράγμα χαμηλώνεται, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται προς τα δεξιά στο σχέδιό μας και οι τρύπες προς τα αριστερά. Στο οριακό στρώμα δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες για ανασυνδυασμό και των τεσσάρων τύπων. Η ενέργεια των φωτονίων που προκύπτουν, σε γενικές γραμμές, είναι ίση με το κενό μεταξύ των λωρίδων.

Φυσικά, η διαδικασία ανασυνδυασμού δεν χρειάζεται να συνοδεύεται από ακτινοβολία. Η αντίστοιχη ενέργεια μπορεί επίσης να μετατραπεί σε θερμότητα. Εάν ήταν δυνατό να εφαρμοστεί η ιδανική περίπτωση, τότε η έξοδος ακτινοβολίας θα υπερέβαινε την είσοδο ηλεκτρική ενέργειακαι η συσκευή θα λειτουργούσε σαν ψυγείο, αντλώντας θερμότητα από τον κρύσταλλο και το περιβάλλον.

Όλη η ακτινοβολία διαδίδεται στο επίπεδο του οριακού στρώματος. Τα δύο άκρα της διόδου, κάθετα στο όριο, είναι γυαλισμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούνται μια κοιλότητα συντονισμού. Σε υψηλά ρεύματα, η ακτινοβολία διεγείρεται με όλα

τις επακόλουθες συνέπειες σχετικά με την οξύτητα της κατεύθυνσης της πόλωσης και της συνοχής.

Μέχρι σήμερα ήταν δυνατή η δημιουργία ένας μεγάλος αριθμός απόλέιζερ ημιαγωγών. Όλοι ανήκουν σε δυαδικούς ημιαγωγούς, συνδυάζοντας στοιχεία II-VI, καθώς και στήλες III-V του περιοδικού πίνακα. Τα λέιζερ ημιαγωγών έχουν σχεδιαστεί για να εκτείνονται σε μήκη κύματος από το υπεριώδες έως το μακρινό υπέρυθρο φως με βάση τα πλάτη του διακένου που κυμαίνονται από λίγα ηλεκτρονιοβολτ.

Υπουργείο ανώτερη εκπαίδευσηΟυκρανία

Εθνικός ΠολυτεχνείοΟυκρανία

«Κίεβο Πολυτεχνείο»

Περίληψη για το θέμα:

Φωτοβολία

ηλεκτροφωταύγεια

Συμπλήρωσε: φοιτητής 2ου έτους

PSF PM-91 Milokosty A. A.

Έλεγχος: Nikitin A.K.

Σχέδιο:

1. Εισαγωγή_________________________________________________3

2. Ταξινόμηση φαινομένων φωταύγειας_______4

3. Τύποι φωταύγειας________________________________5

4. Φυσικά χαρακτηριστικά φωταύγειας___7

5. Κινητική φωταύγειας____________________7

6. Φωτεινές ουσίες_________________9

7. Μέθοδοι έρευνας_____________________11

8. Φωτεινοφόρα________________________________11

9. Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας__________14

Εισαγωγή

Η φωτεινότητα είναι η ακτινοβολία που υπερβαίνει τη θερμική ακτινοβολία ενός σώματος σε μια δεδομένη θερμοκρασία και έχει διάρκεια σημαντικά μεγαλύτερη από την περίοδο των κυμάτων φωτός. Το πρώτο μέρος αυτού του ορισμού προτάθηκε από τον E. Widoman και διαχωρίζει τη φωταύγεια από τη θερμική ακτινοβολία ισορροπίας. Το δεύτερο μέρος - σημάδι διάρκειας - εισήχθη από τον S.I. Vavilov για να διαχωρίσει τη φωταύγεια από άλλα φαινόμενα δευτερογενούς φωταύγειας - ανάκλαση και σκέδαση φωτός, καθώς και από διεγερμένη εκπομπή, bremsstrahlung φορτισμένων σωματιδίων.

Για την εμφάνιση της φωταύγειας, λοιπόν, απαιτείται κάποια πηγή ενέργειας, διαφορετική από την εσωτερική ενέργεια ισορροπίας ενός δεδομένου σώματος, που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του. Για να διατηρηθεί η σταθερή φωταύγεια, αυτή η πηγή πρέπει να είναι εξωτερική. Η μη στάσιμη φωταύγεια μπορεί να συμβεί κατά τη μετάβαση ενός σώματος σε κατάσταση ισορροπίας μετά από προκαταρκτική διέγερση (διάσπαση φωταύγειας). Όπως προκύπτει από τον ίδιο τον ορισμό, η έννοια της φωταύγειας δεν αναφέρεται σε μεμονωμένα άτομα ή μόρια που εκπέμπουν, αλλά και στα συσσωματώματα - σώματά τους. Οι στοιχειώδεις ενέργειες διέγερσης μορίων και εκπομπής φωτός μπορεί να είναι οι ίδιες στην περίπτωση της θερμικής ακτινοβολίας και της φωταύγειας. Η διαφορά έγκειται μόνο στον σχετικό αριθμό ορισμένων ενεργειακών μεταπτώσεων. Από τον ορισμό της φωταύγειας προκύπτει επίσης ότι αυτή η έννοια ισχύει μόνο για σώματα που έχουν μια ορισμένη θερμοκρασία. Σε περίπτωση έντονης απόκλισης από τη θερμική ισορροπία, δεν έχει νόημα να μιλάμε για ισορροπία θερμοκρασίας ή φωταύγεια.

Το χαρακτηριστικό της διάρκειας έχει μεγάλη πρακτική σημασία και καθιστά δυνατή τη διάκριση της φωταύγειας από άλλες διεργασίες μη ισορροπίας. Συγκεκριμένα, έπαιξε σημαντικό ρόλο στην ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου Vavilov-Cherenkov, καθιστώντας δυνατό να διαπιστωθεί ότι η παρατηρούμενη λάμψη δεν μπορεί να αποδοθεί στη φωταύγεια. Το ζήτημα της θεωρητικής αιτιολόγησης του κριτηρίου Vavilov εξετάστηκε από τον B.I. Stepanov και B. A. Afanasevich. Σύμφωνα με αυτούς, να ταξινομήσει τη δευτερεύουσα λάμψη μεγάλης σημασίαςέχει την ύπαρξη ή την απουσία ενδιάμεσων διεργασιών μεταξύ της απορρόφησης ενέργειας που διεγείρει τη φωταύγεια και της εκπομπής δευτερογενούς φωταύγειας (για παράδειγμα, μεταβάσεις μεταξύ ηλεκτρονικών επιπέδων, αλλαγές στη δονητική ενέργεια κ.λπ.). Τέτοιες ενδιάμεσες διεργασίες είναι χαρακτηριστικές της φωταύγειας (ειδικά, συμβαίνουν κατά τη διάρκεια μη οπτικής διέγερσης της φωταύγειας).

Ταξινόμηση φαινομένων φωταύγειας

Με βάση τον τύπο της διέγερσης διακρίνονται: ιονοφωταύγεια, κανδοφωταύγεια, καθοδοφωταύγεια, ραδιοφωταύγεια, φωταύγεια ακτίνων Χ, ηλεκτροφωταύγεια, φωτοφωταύγεια, χημειοφωταύγεια, τριβολοφωταύγεια. Με βάση τη διάρκεια της φωταύγειας, γίνεται διάκριση μεταξύ του φθορισμού (μικρή λάμψη) και του φωσφορισμού (μακριά λάμψη). Τώρα αυτές οι έννοιες έχουν διατηρήσει μόνο μια υπό όρους και ποιοτική σημασία, δεδομένου ότι είναι αδύνατο να υποδειχθούν οποιαδήποτε όρια μεταξύ τους. Μερικές φορές ο φθορισμός νοείται ως αυθόρμητη φωταύγεια και ο φωσφορισμός ως διεγερμένη φωταύγεια (βλ. παρακάτω).

Η πιο ορθολογική ταξινόμηση των φαινομένων φωταύγειας, με βάση τα χαρακτηριστικά του μηχανισμού των στοιχειωδών διεργασιών, προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Vavilov, ο οποίος διέκρινε τις διαδικασίες αυθόρμητης, εξαναγκασμένης και ανασυνδυαστικής φωταύγειας. Στη συνέχεια, απομονώθηκε επίσης η ωμική φωταύγεια.

Τύποι φωταύγειας

1) Αντηχητική φωταύγεια(πιο συχνά ονομάζεται φθορισμός συντονισμού ) παρατηρείται στους ατομικούς ατμούς (υδράργυρος, νάτριο κ.λπ.) σε ορισμένα απλά μόρια και, μερικές φορές, σε περισσότερα πολύπλοκα συστήματα. Η εκπομπή είναι αυθόρμητης φύσης και προκύπτει από το ίδιο ενεργειακό επίπεδο που επιτυγχάνεται με την απορρόφηση της ενέργειας του συναρπαστικού φωτός. Καθώς η πυκνότητα των ατμών αυξάνεται, η συντονισμένη φωταύγεια μετατρέπεται σε συντονισμένη σκέδαση.

Σε όλες τις περιπτώσεις, αυτός ο τύπος λάμψης δεν πρέπει να ταξινομείται ως φωταύγεια και θα πρέπει να ονομάζεται αντηχητική σκέδαση.

2) Αυθόρμητη φωταύγειαπεριλαμβάνει μια μετάβαση (ακτινοβολία ή, συχνότερα, μη ακτινοβολούμενη) σε επίπεδο ενέργειας, από το οποίο προέρχεται η ακτινοβολία. Αυτός ο τύπος φωταύγειας είναι χαρακτηριστικός των πολύπλοκων μορίων στους ατμούς και τα διαλύματα και των κέντρων ακαθαρσιών στα στερεά. Μια ειδική περίπτωση είναι η φωταύγεια που προκαλείται από μεταβάσεις από καταστάσεις εξιτονίου.

3) Μετασταθερόή διεγερμένη φωταύγειαχαρακτηρίζεται από μια μετάβαση σε ένα μετασταθερό επίπεδο που συμβαίνει μετά την απορρόφηση ενέργειας και μια επακόλουθη μετάβαση στο επίπεδο ακτινοβολίας ως αποτέλεσμα της επικοινωνίας δονητικής ενέργειας (λόγω της εσωτερικής ενέργειας του σώματος) ή ενός επιπλέον κβαντικού φωτός, για παράδειγμα, υπέρυθρες. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου φωταύγειας είναι ο φωσφορισμός οργανική ύλη, στο οποίο το κατώτερο επίπεδο τριάδας είναι μετασταθερό οργανικά μόρια. Ταυτόχρονα, σε πολλές περιπτώσεις παρατηρούνται δύο ζώνες διάρκειας φωταύγειας: μεγάλου μήκους κύματος, που αντιστοιχεί σε αυθόρμητη μετάβαση T-S 0 και μετά (αργός φθορισμός ή β-ζώνη) και μικρού μήκους κύματος, που συμπίπτει στο φάσμα με τον φθορισμό και αντιστοιχεί στην εξαναγκασμένη μετάβαση T-S 1 και στη συνέχεια στην αυθόρμητη μετάβαση s 1 -s 0 (φωσφορισμός ή α-ζώνη).

4) Φωταύγεια ανασυνδυασμούσυμβαίνει ως αποτέλεσμα της επανένωσης των σωματιδίων που διαχωρίζονται κατά την απορρόφηση της συναρπαστικής ενέργειας. Στα αέρια, μπορεί να συμβεί ανασυνδυασμός ριζών ή ιόντων, με αποτέλεσμα ένα μόριο σε διεγερμένη κατάσταση. Η επακόλουθη μετάβαση στη βασική κατάσταση μπορεί να συνοδεύεται από φωταύγεια. Στα κρυσταλλικά στερεά, η ανασυνδυαστική φωταύγεια εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της εμφάνισης φορέων φορτίου που δεν βρίσκονται σε ισορροπία (ηλεκτρόνια ή οπές) υπό την επίδραση κάποιας πηγής ενέργειας. Γίνεται διάκριση μεταξύ της ανασυνδυαστικής φωταύγειας κατά τις μεταβάσεις ζώνης-ζώνης και της φωταύγειας των κέντρων ελαττώματος ή ακαθαρσίας (το λεγόμενο κέντρα φωταύγειας). Σε όλες τις περιπτώσεις, η διαδικασία φωταύγειας μπορεί να περιλαμβάνει τη σύλληψη φορέων σε παγίδες με την επακόλουθη απελευθέρωσή τους με θερμικά ή οπτικά μέσα, δηλ. να περιλαμβάνει μια στοιχειώδη διαδικασία χαρακτηριστική της μετασταθερής φωταύγειας. Στην περίπτωση της φωταύγειας των κέντρων, ο ανασυνδυασμός συνίσταται στη σύλληψη οπών στο κύριο επίπεδο του κέντρου και ηλεκτρονίων στο διεγερμένο επίπεδο. Η εκπομπή εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της μετάβασης του κέντρου από τη διεγερμένη κατάσταση στη βασική κατάσταση. Η ανασυνδυαστική φωταύγεια παρατηρείται σε κρυσταλλικούς φωσφόρους και τυπικούς ημιαγωγούς, όπως το γερμάνιο και το πυρίτιο. Ανεξάρτητα από τον μηχανισμό της στοιχειώδους διαδικασίας που οδηγεί στη φωταύγεια, η εκπομπή τελικά συμβαίνει μέσω μιας αυθόρμητης μετάβασης από τη μια ενεργειακή κατάσταση στην άλλη. Εάν αυτή η μετάβαση επιτρέπεται, τότε εμφανίζεται διπολική ακτινοβολία. Στην περίπτωση απαγορευμένων μεταβάσεων, η ακτινοβολία μπορεί να αντιστοιχεί τόσο σε ηλεκτρικό όσο και σε μαγνητικό δίπολο, σε ηλεκτρικό τετράπολο κ.λπ.

Φυσικά χαρακτηριστικά της φωταύγειας

Όπως κάθε ακτινοβολία, η φωταύγεια χαρακτηρίζεται από ένα φάσμα (φασματική πυκνότητα της ροής ακτινοβολίας) και την κατάσταση πόλωσης. Η μελέτη των φασμάτων φωταύγειας και των παραγόντων που τα επηρεάζουν είναι μέρος της φασματοσκοπίας.

Μαζί με αυτά γενικά χαρακτηριστικά, υπάρχουν συγκεκριμένα για τη φωταύγεια. Η ένταση της φωταύγειας από μόνη της σπάνια παρουσιάζει ενδιαφέρον. Αντίθετα, εισάγεται ο λόγος της εκπεμπόμενης προς την απορροφούμενη ενέργεια, που ονομάζεται έξοδος φωταύγειας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η έξοδος καθορίζεται υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης ως ο λόγος της εκπεμπόμενης και της απορροφούμενης ισχύος. Στην περίπτωση της φωτοφωταύγειας, εισάγεται η έννοια της κβαντικής απόδοσης και εξετάζεται το φάσμα της απόδοσης, δηλ. η εξάρτηση της εξόδου από τη συχνότητα του συναρπαστικού φωτός και το φάσμα πόλωσης - η εξάρτηση του βαθμού πόλωσης από τη συχνότητα του συναρπαστικού φωτός. Επιπλέον, η πόλωση φωταύγειας χαρακτηρίζεται από διαγράμματα πόλωσης, η εμφάνιση των οποίων συνδέεται με τον προσανατολισμό και την πολυπολικότητα των στοιχειωδών συστημάτων εκπομπής και απορρόφησης.

Κινητική φωταύγειας, ειδικότερα, η εμφάνιση της καμπύλης ανάπτυξης μετά τη διέγερση είναι ενεργοποιημένη και η καμπύλη αποσύνθεσης φωταύγειας μετά την απενεργοποίησή της, και η εξάρτηση της κινητικής από διάφορους παράγοντες: η θερμοκρασία, η ένταση της πηγής διέγερσης κ.λπ., χρησιμεύουν ως σημαντικά χαρακτηριστικά της φωταύγειας. Η κινητική της φωταύγειας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο της στοιχειώδους διεργασίας, αν και δεν καθορίζεται μοναδικά από αυτήν. Η διάσπαση της αυθόρμητης φωταύγειας με κβαντική απόδοση κοντά στη μονάδα συμβαίνει πάντα σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο: I(t)=I 0 exp(-l/τ), όπου το τ χαρακτηρίζει τη μέση διάρκεια ζωής της διεγερμένης κατάστασης, δηλ. το αντίστροφο της πιθανότητας Μια αυθόρμητη μετάβαση ανά μονάδα χρόνου. Ωστόσο, εάν η κβαντική απόδοση της φωταύγειας είναι μικρότερη από τη μονάδα, δηλ. η φωταύγεια είναι μερικώς σβησμένη, τότε ο νόμος της εκθετικής διάσπασης διατηρείται μόνο στην απλούστερη περίπτωση, όταν η πιθανότητα σβέσης Q είναι σταθερή. Σε αυτή την περίπτωση, τ=1/(A+Q), και η κβαντική απόδοση η=A/(A+Q), όπου Q είναι η πιθανότητα μιας μη ακτινοβολούμενης μετάβασης. Ωστόσο, το Q εξαρτάται συχνά από το χρόνο που έχει περάσει από τη στιγμή της διέγερσης ενός δεδομένου μορίου και τότε ο νόμος της διάσπασης της φωταύγειας γίνεται πιο περίπλοκος. Η κινητική της διεγερμένης φωταύγειας στην περίπτωση ενός μετασταθερού επιπέδου προσδιορίζεται από το άθροισμα δύο εκθετικών.

Φωτεινότητα που διεγείρεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο

Κινουμένων σχεδίων

Περιγραφή

Η ηλεκτροφωταύγεια είναι η φωταύγεια που διεγείρεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Παρατηρήθηκε σε αέρια και στερεά. Με την ηλεκτροφωταύγεια, τα άτομα (μόρια) μιας ουσίας περνούν σε διεγερμένη κατάσταση ως αποτέλεσμα της εμφάνισης κάποιας μορφής ηλεκτρικής εκκένωσης σε αυτήν. Από διάφοροι τύποιΣτην ηλεκτροφωταύγεια των στερεών, η έγχυση και η προκαταρκτική διάσπαση είναι τα πιο σημαντικά. Η ηλεκτροφωταύγεια έγχυσης είναι χαρακτηριστική των συνδέσεων p-n σε ορισμένους ημιαγωγούς, για παράδειγμα, SiC ή GaP, σε ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο ενεργοποιημένο στην κατεύθυνση μετάδοσης. Η περίσσεια οπών εγχέεται στην περιοχή n και τα ηλεκτρόνια στην περιοχή p (ή και τα δύο στο λεπτό στρώμα μεταξύ των περιοχών p και n). Η λάμψη εμφανίζεται όταν τα ηλεκτρόνια και οι οπές ανασυνδυάζονται στο p-n στρώμα.

Η ηλεκτροφωταύγεια πριν από τη διάσπαση παρατηρείται, για παράδειγμα, σε κονιοποιημένο ZnS, ενεργοποιημένο από Cu, Al, κ.λπ., τοποθετημένο σε διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών ενός πυκνωτή, στο οποίο εφαρμόζεται μια εναλλασσόμενη τάση συχνότητας ήχου. Στη μέγιστη τάση στις πλάκες πυκνωτών, διεργασίες κοντά στην ηλεκτρική διάσπαση συμβαίνουν στον φώσφορο: ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο συγκεντρώνεται στις άκρες των σωματιδίων του φωσφόρου, το οποίο επιταχύνει τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να ιονίσουν άτομα. Οι προκύπτουσες οπές συλλαμβάνονται από κέντρα φωταύγειας, στα οποία τα ηλεκτρόνια ανασυνδυάζονται όταν αλλάζει η κατεύθυνση του πεδίου.

Χαρακτηριστικά χρονισμού

Χρόνος έναρξης (καταγραφή σε -3 έως -1).

Διάρκεια ζωής (log tc από -1 έως 9).

Χρόνος υποβάθμισης (log td από -6 έως -3).

Βέλτιστος χρόνος ανάπτυξης (log tk από 0 έως 6).

Διάγραμμα:

Τεχνικές υλοποιήσεις του εφέ

Επιλογή 1:

Στην πραγματικότητα, είναι ένα κανονικό κατσαβίδι, το οποίο εισάγεται στην πρίζα για να ελέγξει την παρουσία τάσης.

Ηλεκτροφωταύγεια σε δείκτη αερίου

Ρύζι. 1

Ονομασίες:

3 - σωλήνας φθορισμού αυθαίρετου σχήματος.

Επιλογή 2: Εφαρμογή στερεάς κατάστασης σε p-n ημιαγωγόςηλεκτροφωταύγεια

Στην πραγματικότητα - ένα τυπικό LED που χρησιμοποιείται για φωτεινή ένδειξη ενεργοποίησης σε σύγχρονες ηλεκτρονικές οικιακές συσκευές.

Εφαρμογή στερεάς κατάστασης ηλεκτροφωταύγειας σε διασταύρωση p-n

Ρύζι. 2

Ονομασίες:

3 - διασταύρωση pn.

4 - ροή ακτινοβολίας φθορισμού.

U είναι η τάση του εναλλασσόμενου emf.

Εφαρμογή εφέ

Ηλεκτροφωταύγεια είναι η φωταύγεια μιας ουσίας που διεγείρεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται στα αέρια και τα στερεά όταν άτομα ή μόρια περνούν σε διεγερμένη κατάσταση υπό την επίδραση της ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται σε αυτά.

Η ηλεκτροφωταύγεια των αερίων έχει μελετηθεί από τα μέσα του περασμένου αιώνα και χρησιμοποιείται σε πηγές φωτός εκκένωσης αερίου. Η ηλεκτροφωταύγεια των στερεών ανακαλύφθηκε στις αρχές του αιώνα από τους G. Round και O. V. Losev όταν μελετούσαν φαινόμενα επαφής στο καρβίδιο του πυριτίου και στη δεκαετία του '30 από τον J. Destriot σε απομονωμένους κρυστάλλους θειούχου ψευδαργύρου κατά τη μελέτη του φαινομένου Gudden-Paul. Τα επόμενα χρόνια πραγματοποιήθηκαν μελέτες για τις διαδικασίες διέγερσης της φωταύγειας από ηλεκτρικό πεδίο σε διάφορα υλικά και σύνθετες κατασκευές. Αυτά τα εφέ εφαρμόστηκαν σε βιομηχανικές συσκευές τις δεκαετίες του '60 και του '70. Αυτά τα τεχνικά επιτεύγματα στη δημιουργία πηγών ηλεκτροφωταύγειας ακτινοβολίας οφείλονταν στην ανάπτυξη κβαντική θεωρίαστερεών και προόδους στην τεχνολογία ημιαγωγών.

Η ηλεκτροφωταύγεια διαφέρει από άλλους τύπους φωταύγειας κυρίως στον τρόπο με τον οποίο παρέχεται ενέργεια στην ουσία. Στις πιο ειδικές περιπτώσεις, η ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή ακτινοβολίας παρέχεται απευθείας από το ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο αλλάζει το δυναμικό ή την κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων στο στερεό. Κατά τη μελέτη της ηλεκτροφωταύγειας, δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στις διαδικασίες μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, δηλ. ο μηχανισμός διέγερσης ή ιοντισμού των κέντρων φωταύγειας. Όταν τα διεγερμένα κέντρα επιστρέφουν στη βασική κατάσταση με εκπομπή φωτός, αρκεί να ληφθεί υπόψη η επίδραση ηλεκτρικό πεδίοσχετικά με τις συνθήκες ανασυνδυασμού για μια ορισμένη δομή αυτών των κέντρων, αν και στη γενική περίπτωση το πεδίο μπορεί επίσης να επηρεάσει τα ενεργειακά χαρακτηριστικά τόσο αυτών των κέντρων όσο και της κύριας ουσίας.

Οι περισσότερες ηλεκτροφωταύγιες ουσίες ανήκουν στους κρυσταλλικούς φωσφόρους, στους οποίους οι διεργασίες διέγερσης και φωταύγειας μπορούν να επηρεάσουν όχι μόνο μεμονωμένα κέντρα φωταύγειας (άτομα ακαθαρσίας ή άλλα σημειακά ελαττώματα και τα σύμπλοκά τους), αλλά και τον κρύσταλλο ως σύνολο.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι διεργασιών που οδηγούν στην εμφάνιση λάμψης σε στερεά σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. Σε όλες τις περιπτώσεις, το πεδίο θα πρέπει να προάγει την εμφάνιση είτε άμεσα διεγερμένων κέντρων φωταύγειας είτε πρόσθετων, μη ισορροπημένων φορέων στις επιτρεπόμενες ενεργειακές ζώνες, που προκαλούν την εμφάνιση ακτινοβολίας κατά τον επακόλουθο ανασυνδυασμό τους.

Οι ιδιαιτερότητες της ηλεκτροφωταύγειας περιλαμβάνουν το γεγονός ότι τα δείγματα φωταύγειας στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ανομοιογενή σε ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες ακόμη και πριν από την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου. Το πεδίο λειτουργεί σε περιοχές της αυξημένης έντασής του, δηλ. σε διάφορα είδη πιθανών φραγμών. Εάν ο κρύσταλλος ήταν ομοιογενής πριν από την εφαρμογή του ηλεκτρικού πεδίου, τότε η επίδραση του πεδίου οδηγεί επίσης σε αλλαγή των ηλεκτρικών ιδιοτήτων διαφόρων περιοχών του κρυστάλλου.

Η παρουσία συνδεδεμένων σε σειρά περιοχών του κρυστάλλου με υψηλή και χαμηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου οδηγεί αναπόφευκτα στην αλληλεπίδρασή τους. Η κατανομή της τάσης στο δείγμα μπορεί να εξαρτάται τόσο από τις αρχικές ιδιότητες αυτών των περιοχών σε μια δεδομένη θερμοκρασία όσο και από την ένταση ιονισμού στην περιοχή ισχυρού πεδίου. Τα χαρακτηριστικά των κρυστάλλων φωταύγειας που απομονώνονται από ηλεκτρόδια είναι ιδιαίτερα πολύπλοκα, καθώς, εκτός από την περίπλοκη του ηλεκτρικού κυκλώματος, στην περίπτωση αυτή προστίθεται η επίδραση της πόλωσης του δείγματος, η οποία οδηγεί σε ανομοιόμορφη διέγερση του κρυστάλλου με την πάροδο του χρόνου.

Το πεδίο ελέγχει τόσο τις διεργασίες διέγερσης όσο και τις διαδικασίες ανασυνδυασμού, και στην περίπτωση μεμονωμένων κρυστάλλων, αυτές οι διεργασίες μπορούν να διαχωριστούν χρονικά (μετά τη δημιουργία των φορέων, διαχωρίζονται και η αντίστροφη κίνησή τους συμβαίνει όταν αλλάζει η κατεύθυνση του πεδίου). Αυτές οι διεργασίες μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη στιγμιαία και τη μέση χρονική φωτεινότητα της ακτινοβολίας, καθώς και στην απόδοση ηλεκτροφωταύγειας.

Πρόσθετοι φορείς μη ισορροπίας, που μπορούν να προκαλέσουν την εμφάνιση ακτινοβολίας, μπορούν να ληφθούν σε κρυστάλλους με τους ακόλουθους δύο τρόπους: υπό την επίδραση ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου στον ίδιο τον κρύσταλλο ή ως αποτέλεσμα χωρικής ανακατανομής υπό την επίδραση του πεδίου των φορέων ήδη παρόν στο στερεό. Αυτές οι κύριες μέθοδοι συναρπαστικής ηλεκτροφωταύγειας πραγματοποιούνται σε r-n μεταβάσεις, περιλαμβάνεται σε κατευθύνσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω.

Όταν η διασταύρωση είναι ενεργοποιημένη προς την εμπρός κατεύθυνση, τα ηλεκτρόνια και οι οπές εγχέονται σε γειτονικές περιοχές με τον αντίθετο τύπο αγωγιμότητας. Το εξωτερικό πεδίο μειώνει το μεταβατικό πεδίο και η έγχυση πραγματοποιείται υπό συνθήκες ασθενούς ηλεκτρικού πεδίου. Ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο αυξάνει τη δυναμική ενέργεια των φορέων φορτίου διαφορετικών σημάτων και δημιουργεί συνθήκες για την προσέγγιση και τον ανασυνδυασμό τους. Αυτός ο τύπος ηλεκτροφωταύγειας ονομάζεται έγχυση και χρησιμοποιείται σε LED.

Όταν η διασταύρωση είναι ενεργοποιημένη προς την αντίστροφη κατεύθυνση, τότε σε μια αρκετά υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου - 105-106 V/cm στην περιοχή μετάβασης, εμφανίζεται μια αύξηση στο αντίστροφο ρεύμα, που σχετίζεται με αύξηση της συγκέντρωσης υπό την επίδραση ηλεκτρικού βλάβη λόγω διεργασιών διάνοιξης σήραγγας ή πρόσκρουσης και ακτινοβολίας που σχετίζεται με τον ανασυνδυασμό και άλλες διεργασίες.

Μια αύξηση της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων συμβαίνει κατά τη διάρκεια των διεργασιών κρούσης σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, αυτά τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια είναι ικανά να δημιουργήσουν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών ή να ιονίσουν ή να διεγείρουν κέντρα φωταύγειας. Η ηλεκτροφωταύγεια αυτού του τύπου ονομάζεται προδιάσπαση. Η ηλεκτροφωταύγεια πριν από τη διάσπαση σε ισχυρό πεδίο μπορεί να συμβεί όχι μόνο σε συνδέσεις p-n, αλλά και σε ετεροσυνδέσεις, επιφανειακά φράγματα, πολυκρυσταλλικούς κόκκους και λεπτές μεμβράνες φωσφόρων. Σε αυτή την περίπτωση, ο κρύσταλλος μπορεί να απομονωθεί από το ένα ή και τα δύο ηλεκτρόδια και η τάση διέγερσης μπορεί να είναι μεταβλητή. Εφόσον, όταν η ηλεκτροφωταύγεια διεγείρεται από μια εναλλασσόμενη τάση, οι φορείς φορτίου τροφοδοτούνται περιοδικά στην επιφάνεια των κρυστάλλων, ο ρόλος των επιφανειακών παγίδων και των κέντρων ανασυνδυασμού αυξάνεται σε σύγκριση με τη φωτοφωταύγεια. Η κατάσταση της επιφάνειας του φωσφόρου μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το μέγεθος της ηλεκτροφωταύγειας επίσης επειδή οι περιοχές συγκέντρωσης εξωτερικό πεδίοκαι οι διεγέρσεις εντοπίζονται σε ορισμένες περιπτώσεις απευθείας στην επιφάνεια των κρυστάλλων. Η ηλεκτροφωταύγεια πριν από τη διάσπαση χρησιμοποιείται σε επίπεδους δείκτες.

Άλλοι τύποι ηλεκτροφωταύγειας στερεών δεν έχουν βρει ακόμη ευρεία χρήση λόγω της χαμηλής ενεργειακής τους απόδοσης.

Το φαινόμενο της ηλεκτροφωταύγειας προκαταρκτικής διάσπασης χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε πηγές φωτός μεμβράνης: σκόνη και λεπτό φιλμ, που διεγείρονται από σταθερή και εναλλασσόμενη τάση. Τα πρώτα βιομηχανικά δείγματα εκπομπών ηλεκτροφωταύγειας με βάση τους φωσφόρους σε σκόνη ελήφθησαν στα τέλη της δεκαετίας του '50. Εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε πηγές φωτός για διάφορους σκοπούς ως ηλεκτροφωταύγεια πάνελ: λαμπτήρες, φωτεινοί δείκτες, αλφαριθμητικοί δείκτες, μνημονικά διαγράμματα κ.λπ.

Το στοιχείο που εκπέμπει φως σε σκόνη είναι μια πολυστρωματική δομή σε μια διαφανή βάση: μια γυάλινη πλάκα ή μια πολυμερική μεμβράνη. Η πηγή ακτινοβολίας αποτελείται από ένα διαφανές ηλεκτρόδιο στη βάση, ένα στρώμα φωταύγειας και ένα δεύτερο αδιαφανές ηλεκτρόδιο. Η ακτινοβολία εξέρχεται μέσω του διαφανούς ηλεκτροδίου και της βάσης.

Το στρώμα φωταύγειας αποτελείται από έναν κονιοποιημένο φώσφορο με ένα οργανικό ή ανόργανο συνδετικό. Το πάχος του στρώματος φωταύγειας είναι 30-100 μικρά, η περιεκτικότητα σε συνδετικό υλικό για εκπομπούς που διεγείρονται από εναλλασσόμενη τάση είναι 30-50 τοις εκατό και για εκπομπούς που διεγείρονται από σταθερό πεδίο 5-25 τοις εκατό. Αυτοί οι εκπομποί διαφέρουν επίσης ως προς το μέγεθος κόκκων των υλικών φωταύγειας σκόνης: οι φώσφοροι που διεγείρονται από εναλλασσόμενη τάση έχουν μέσο μέγεθος σωματιδίων από 1 έως 10 μικρά και οι φώσφοροι για σταθερή τάση είναι λεπτόκοκκοι - από 0,2 έως 2 μικρά.

Οι σκόνες ψευδαργύρου και θειούχου καδμίου και οι ενώσεις σουλφοσελενιδίου χρησιμοποιούνται κυρίως ως φώσφοροι. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί φωταυγή υλικά με βάση τα θειούχα ασβέστιο και στρόντιο. Ως ενεργοποιητές χρησιμοποιούνται χαλκός, μαγγάνιο, γάλλιο, άργυρος, μόλυβδος και άλλες ουσίες, οι οποίες εισάγονται στους φώσφορους σε ποσότητες από μονάδες έως εκατοστά του τοις εκατό. Η παρουσία χαλκού σε αυτούς τους φώσφορους είναι υποχρεωτική, καθώς σχηματίζει μια ξεχωριστή φάση (θειούχος χαλκός) στην επιφάνεια των κόκκων όταν το φορτίο πυρώνεται. Για να σχηματιστεί μια ξεχωριστή φάση, ο χαλκός εισάγεται σε ποσότητες που υπερβαίνουν το όριο διαλυτότητάς του στο φωσφορικό υλικό. . Το ντόπινγκ με χαλκό οδηγεί σε αύξηση της φωτεινότητας της ακτινοβολίας και αύξηση της απόδοσης της ηλεκτροφωταύγειας. Το χρώμα λάμψης των φωσφόρων καθορίζεται από τον τύπο και την ποσότητα της εισαγόμενης ακαθαρσίας η βιομηχανία παράγει φωταυγή υλικά που εκπέμπουν σε όλο το ορατό φάσμα. Οι υψηλότερες τιμές φωτεινότητας λήφθηκαν για φώσφορους με βάση θειούχο ψευδάργυρο εμποτισμένο με μαγγάνιο, με κίτρινοςλάμψη. Οι φώσφοροι με βάση το σουλφίδιο θεωρούνται πολλά υποσχόμενοι μέταλλα αλκαλικών γαιών, ντοπαρισμένο με αλογονίδια στοιχείων σπάνιων γαιών.

Διηλεκτρικά βερνίκια με βάση εποξειδικές ρητίνες, κυανοαιθυλοκυτταρίνη, κυανοαιθυλαιθέρα πολυβινυλικής αλκοόλης και άλλα, καθώς και συνδετικό σμάλτου από γυαλί, χρησιμοποιούνται ως συνδετικό στο φωταυγές στρώμα.

Τα χαρακτηριστικά φωτισμού των εκπομπών εξαρτώνται από σχεδιαστικούς, τεχνολογικούς και λειτουργικούς παράγοντες. Οι δομικοί και τεχνολογικοί παράγοντες περιλαμβάνουν τον τύπο του φωσφόρου, το μέγεθος των κόκκων της σκόνης, τον τύπο του συνδετικού υλικού, το πάχος και την περιεκτικότητα του στρώματος φωταύγειας, κ.λπ. υγρασία του περιβάλλοντος κ.λπ. Τυπικά, η διέγερση της ηλεκτροφωταύγειας σε εκπομπούς σκόνης παράγεται από τάση 50 -300 V σταθερής τιμής ή μεταβαλλόμενη με συχνότητα 50-5000 Hz. Η φωτεινότητα εκπομπής των ηλεκτροφωταυγών πάνελ κυμαίνεται από 5 έως 150 cd/m2. Η εγχώρια βιομηχανία παράγει δείκτες ηλεκτροφωταύγειας όπως ITEL, IEM, MEL και άλλους, που χρησιμοποιούνται ως πηγές φωτός, ψηφιακές ενδείξεις, μνημονικές και γραφικές οθόνες μικρού μεγέθους.

Τα μειονεκτήματα των δεικτών ηλεκτροφωταύγειας σκόνης περιλαμβάνουν περιορισμένες τιμές φωτεινότητας και μικρή διάρκεια ζωής, η οποία οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη διάχυση χαλκού και άλλων ακαθαρσιών. Παρά την εκτεταμένη έρευνα για τα φαινόμενα αποδόμησης σε δομές που εκπέμπουν φως σε σκόνη, η αντοχή των συσκευών δεν υπερβαίνει τις αρκετές χιλιάδες ώρες.

Η έρευνα για τις πηγές ακτινοβολίας λεπτής μεμβράνης ξεκίνησε λίγο αργότερα από τη μελέτη των φωσφόρων σε σκόνη. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι ταινίες θεωρούνταν κυρίως ως ένα βολικό αντικείμενο για τη μελέτη της φυσικής της ηλεκτροφωταύγειας. Το ενδιαφέρον για έρευνα σε δομές ηλεκτροφωταύγειας λεπτής μεμβράνης αυξήθηκε απότομα αφού οι ερευνητές της Sharp παρουσίασαν την πρώτη επίπεδη οθόνη λεπτής μεμβράνης με υψηλά λειτουργικά χαρακτηριστικά το 1974. Η πρόοδος στην τεχνολογία λεπτών φιλμ, καθώς και η ανάπτυξη δομών στις οποίες ένα στρώμα φωσφόρου πάχους περίπου 1 μικρού βρίσκεται ανάμεσα σε δύο λεπτότερα στρώματα διηλεκτρικού, κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία εκπομπών που διεγείρονται από εναλλασσόμενη τάση, οι οποίοι έχουν υψηλότερη φωτεινότητα και διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τους εκπομπούς σκόνης.

Ως πηγές ακτινοβολίας μελετήθηκαν δομές ηλεκτροφωταύγειας λεπτής μεμβράνης συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Τα πλεονεκτήματα των δομών λεπτής μεμβράνης συνεχές ρεύμαΑυτό αναφέρεται κυρίως σε χαμηλή τάση ελέγχου - 3-20 V. Τα στοιχεία εκπομπής φωτός λαμβάνονται συνήθως με την εφαρμογή ενός στρώματος φωταύγειας θειούχου ψευδαργύρου ή σεληνίου σε ένα υπόστρωμα ημιαγωγού (πυρίτιο, γερμάνιο, αρσενίδιο του γαλλίου, κ.λπ.). Χρήση φυσικά χαρακτηριστικάΗ διεπαφή ημιαγωγού-φωσφόρου είναι μία από τις μεθόδους για την παροχή υψηλής ενέργειας φορέων. Η διαφορά στη συνάρτηση εργασίας ηλεκτρονίων χρησιμοποιείται εδώ για την έγχυση θερμών φορέων στο στρώμα φωσφόρου, όπου διεγείρουν την ηλεκτροφωταύγεια. Ο κύριος μηχανισμός έγχυσης είναι η διοχέτευση ηλεκτρονίων μέσω του ενεργειακού φραγμού στη ζώνη αγωγιμότητας. Τεχνικές για τον έλεγχο της έγχυσης φορέα σε ένα στρώμα ηλεκτροφωταύγειας που έχουν δοκιμαστεί για τον έλεγχο συσκευών εκπομπής φωτός συνεχούς ρεύματος περιλαμβάνουν τη χρήση διόδων MIS αρνητικής πόλωσης, ετεροσυνδέσεις και συνδυασμούς στρώσεων αντίστασης. Ωστόσο, καμία από αυτές τις προσεγγίσεις δεν έχει οδηγήσει ακόμη στη δημιουργία μιας βιώσιμης τεχνολογίας για εκπομπούς DC λεπτής μεμβράνης, ούτε έχει καταστεί δυνατή η επίλυση του προβλήματος του ελέγχου της συσκευής. Επιπλέον, αυτά τα στοιχεία εκπομπής έχουν σχετικά χαμηλή φωτεινότητα και απόδοση φωτός. Οι πηγές ακτινοβολίας εναλλασσόμενου ρεύματος ηλεκτροφωταύγειας λεπτής μεμβράνης έχουν υψηλότερα λειτουργικά χαρακτηριστικά λόγω μιας σειράς φυσικών χαρακτηριστικών.

Τα γενικά φαινόμενα ηλεκτροφωταύγειας σε λεπτές μεμβράνες δεν διαφέρουν ουσιαστικά από παρόμοια φαινόμενα στους φωσφόρους σε σκόνη. Ωστόσο, σε σύγκριση με εκπομπούς σκόνης που διεγείρονται από εναλλασσόμενη τάση, τα απομονωμένα φιλμ φωσφόρου έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά. Λόγω του μικρού πάχους των μεμβρανών, δεν απαιτούνται ειδικά μέτρα για τη συγκέντρωση του πεδίου σε στενά στρώματα του φωσφόρου, επομένως μία από τις λειτουργίες του χαλκού - η δημιουργία περιοχών φραγμού πάχους περίπου 0,1 μικρομέτρων στους κρυστάλλους των φωταυγών υλικών - είναι εξαλειφθεί. Αντίστοιχα, οι διαδικασίες γήρανσης που σχετίζονται με τη διάχυση του χαλκού εξαφανίζονται επίσης, η διάρκεια ζωής των πηγών ακτινοβολίας λεπτής μεμβράνης μπορεί να υπερβαίνει τις 20.000 ώρες. Όταν τα φιλμ φωταύγειας διεγείρονται από εναλλασσόμενη τάση, η απόδοση ηλεκτροφωταύγειας δεν υπερβαίνει το λίγο τοις εκατό, αλλά η φωτεινότητα μπορεί να είναι πολύ υψηλή μέσω της χρήσης υψηλότερων ηλεκτρικών πεδίων, σημαντικών ρευμάτων και μεγαλύτερων περιοχών υψηλού πεδίου. Αυτοί οι πομποί έχουν υψηλότερη ανάλυση, αντοχή σε θερμικές και ακτινοβολίες, χωρική ομοιομορφία της εικόνας, ευκολία λήψης ημίτονων και μεγάλη γωνία θέασης, γεγονός που τους καθιστά πολλά υποσχόμενους για την αναπαραγωγή εικόνων έγχρωμης τηλεόρασης.

Οι επιτυχίες που επιτεύχθηκαν έχουν κάνει τις προοπτικές για τη δημιουργία εξαιρετικά αποδοτικών, σταθερών, πολύχρωμων εκπομπών αρκετά πραγματικές.

βασίζεται σε δομές φιλμ. Αυτό εξηγεί το σημαντικό ενδιαφέρον για σπουδές φυσικές ιδιότητεςηλεκτροφωταύγιες δομές λεπτής μεμβράνης, τα εξαρτήματά τους και οι τεχνολογίες για την παραγωγή εκπομπών.