Механизм свечения кристаллофосфоров

Рассмотрим эффект Дестрио. Типичным примером кристаллофосфора является сульфид цинка, легированный медью (ZnS:Cu).

Упрощенная схема энергетических уровней данного кристаллофосфора изображена на рис.7.1. Ширина его запрещенной зоны равна 3,6 эВ. Медь является примесью – активатором. Ионы меди вместе с деформированными местами кристаллической решетки ZnS образуют центры свечения. Для облегчения сплавления в сульфид цинка вводится еще одна примесь – хлор, ее называют соактиватором. Соактиватор также может давать центры свечения. Центры свечения располагаются в запрещенной зоне сульфида цинка. На уровнях центров свечения находятся электроны, то есть центры свечения условно можно назвать очень глубокими донорами.

Кроме уровней центров свечения (ЦС), на рис. 7.1 изображены так называемые электронные ловушки (Л). Электронными ловушками называются уровни, которые способны захватывать электроны из зоны проводимости, а затем за счет тепловой энергии отдавать их обратно. Такие ловушки называют также ловушками захвата.

В настоящее время общепринятой является теория в двухстадийном характере ЭЛ. При приложении переменного электрического поля в электролюминофоре ZnS:Cu в каждый полупериод происходит создание области концентрации поля, ионизации центров свечения на «катодном» краю кристалла и перенос к другому краю кристалла (первая стадия). Ионизация, имеющая место на первой стадии, носит характер ударной ионизации. Первичные электроны в зоне проводимости ускоряются электрическим полем и приобретают энергию, достаточную для ионизации центров свечения. Поэтому при соударении ионизируют их, т.е. отрывают «новые», вторичные, электроны (переход 1 на рис.7.1). Центр свечения при этом превращается в положительно заряженный ион. Первичные и вторичные электроны снова ускоряются и производят ионизацию других центров свечения, отрывая новые и новые электроны. В кристалле образуются лавина (см. рис.7.2) электронов.

Часть электронов может отгоняться к противоположному краю кристалла и захватываться ловушками (переход 3 на рис.7.1). За счет этого прикатодная область становится обедненной свободными носителями заряда, сопротивление резко возрастает, и возрастает падение напряжения на ней, что приводит к концентрации поля в этой области.

На второй стадии, когда электрическое поле меняет полярность, электроны возвращаются к центрам свечения и рекомбинируют с ними, давая излучение (переход 2 на рис.7.1). Кроме того, за счет тепловой энергии (~ ) происходит выброс электронов из ловушек (переход 4 на рис.7.1), после чего они могут либо рекомбинировать с центром свечения, либо ускоряться полем и участвовать в процессе ионизации.