Вольт-яркостная характеристика ЭЛК

Излучение в электролюминесцентном конденсаторе может возникать рекомбинационным или нерекомбинационным путем. Рекомбинационный механизм свечения проявляется в том случае, когда в результате возбуждения полупроводника появляются свободные электроны и дырки. В случае нерекомбинационного излучения при возбуждении кристаллита происходит выброс электронов с локальных центров (им соответствуют глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника) с последующим их захватом на эти центры. Эти явления приводят к ряду особенностей электролюминесценции, в частности к нелинейности яркостных характеристик кристаллов.

При излучательной рекомбинации необходимо различать величины средней и мгновенной яркости излучения. Мгновенная яркость соответствует отдельным актам излучательной рекомбинации и не повторяет форму сигнала напряжения. Средняя яркость L _ср представляет собой величину, усредненную по отдельным вспышкам.

На практике чаще всего люминофоры возбуждаются переменным напряжением. Под действием импульсного напряжения изолированные кристаллы испускают свет в виде нескольких вспышек за период. Число вспышек и соотношение между их величинами зависит от условий возбуждения и люминофора. При возбуждении люминофора переменным напряжением определенной амплитуды и частоты величина L _ср соответствует яркости ЭЛК в данном рабочем режиме. Аналитическое выражение, аппроксимирующее зависимость яркости от приложенного напряжения, имеет следующий вид .

Экспериментально установлено, что ВЯХ кристаллита хорошо описывается следующей зависимостью [1]:

                                           (1.6)

где L – яркость; L ₀ и с – постоянные, зависящие от формы напряжения и температуры; u – напряжение на зерне.

Учитывая лишь ионизацию локальных центров в случае возбуждения зерна напряжением прямоугольной формы, процесс ионизации (освобождения) центров можно записать в виде:

                                          (1.7)

где  – число электронов, оставшихся в центрах до момента ионизации;  – вероятность ионизации, зависящая от параметров материала, температуры и уровня возбуждения. Если  не зависит от времени, число заполненных центров ; где  – начальное количество электронов на центрах в момент подачи напряжения. Тогда количество свободных электронов (электронов в зоне проводимости) будет увеличиваться по закону

,                                      (1.8)

где п ₀(и) – начальное количество электронов на локальных уровнях в зерне в момент подачи импульса напряжения.

Электроны, возбужденные из центров свечения в одной части кристалла, «скатываясь» с горки (рисунок 1.2, 1.3), рекомбинируют при своем движении с дырками, а также пустыми центрами в этой части образца и в области со стороны другого контакта.

Здесь возможны два варианта:

а) свечение определяется скоростью поступления электронов и числом дырок в прианодной области кристалла, тогда яркость , где р –число дырок; f (p)– функция, зависящая от р.

б) свечение определяется только скоростью поступления электронов в область рекомбинации.

Тогда плотность токов, прошедших через образец, будет пропорциональна количеству электронов, прошедших через образец: . Мгновенная яркость свечения в каждом сечении полупроводника в этом случае определяется концентрацией электронов и изменяется синфазно току:

.                                            (1.9)

На основании выражения (1.10) интегральную яркость L _и за время от 0 до t запишем ввиде

.                                               (1.10)

При t»τ с учетом выражений (1.6) и (1.11) имеем

                            (1.11)

Сопоставляя соотношения (1.9), (1.11), получим окончательные выражения для мгновенной и интегральной яркости

                              (1.12)

                        (1.13)

Выражение (1.13) достаточно точно описывает изменение интегральной яркости со временем, однако здесь не учитывается задержка излучения относительно начала возбуждения, связанная с инерционностью процессов ионизации в полупроводнике и рекомбинации носителей заряда.

После окончания импульса напряжения для стадии заполнения носителями центров свечения концентрация свободных электронов определяется соотношением:

;(1.14)

Здесь принимается, что в начальный момент времени  концентрация электронов в зоне проводимости равна концентрации центров свечения , т.е. электроны электрическим полем возбуждались только с центров свечения, γ – вероятность излучательной рекомбинации. В этом случае .