Индикатор с порошкообразным люминофором состоит из стеклянной пластинки с поперечными проводящими электродами, слоя порошкообразного люминофора толщиной около 50 мкм с размером частиц порядка 10 мкм, изолирующего слоя и системы продольных металлических электродов. Частицы люминофора распределены в диэлектрике, в качестве которого используются полимеризующаяся смола или легкоплавкое стекло. Люминофором чаще всего является сульфид цинка, сильно легированный медью, - ZnS:Cu. В процессе изготовления на поверхности кристаллов люминофора образуются преципитаты (островки) фазы CuxS с 1£x£2 проводимостью p-типа. Эти островки образуют с полупроводником n-типа ZnS:Cu гетеропереход, схема которого при нулевом внешнем напряжении приведена на рис. 5.1, а. При этом уровень Ферми полупроводника n-типа оказывается в валентной зоне преципитатов.
При приложении обратного напряжения ("+" на ZnS) прикатодный гетеропереход смещается в обратном направлении и зона проводимости ZnS ниже валентной зоны CuxS (рис. 5.1, б). При этом электроны из валентной зоны CuxS и из поверхностных центров способны туннелировать в зону проводимости ZnS:Cu в сильном электрическом поле, ускоряясь до энергий, достаточных для ударной ионизации кристаллической решетки или центров свечения. Возникающие при этом дырки оказываются связанными на центрах свечения и в решетке, а электроны движутся к противоположному концу кристаллика ZnS:Cu и рекомбинируют с центрами свечения, ионизованными в предшествующий полупериод переменного напряжения, когда там было сильное поле. Первичные электроны могут возникать и при туннелировании с электронных состояний на границе диэлектрик - люминофор.
Для зависимости яркости свечения от напряжения справедлива эмпирическая формула:
,
(5.3)
где 
- постоянная при
данной температуре и частоте величина. Степень при 
объясняется
связью между полем в потенциальном барьере гетероперехода и приложенным
напряжением (
).
Цвет свечения, генерируемый индикатором, определяется материалом основы люминофора, природой и концентрацией вводимых примесей. Материалами для получения электролюминофоров, кроме ZnS:Cu, являются полупроводниковые твердые растворы Zn1-xCdxS и ZnS1-xSex.
В тонкопленочных электролюминесцентных излучателях активной средой также является электролюминофор, нанесенный в виде пленки толщиной 0,5..1 мкм. Цвет свечения определяется излучением, возникающим при внутрицентровых переходах в возбужденных атомах активатора (чаще всего это Mn в ZnS).
5.1.2. Инжекционная электролюминесценция
При инжекционной электролюминесценции, лежащей в основе работы неорганических светоизлучающих диодов (СИД, LED – Light Emitting Diod) и органических светодиодов (ОСД, OLED - Organic Light Emitting Diod), нужная концентрация носителей создается за счет их инжекции под действием приложенного к p-n переходу напряжения. По способу инжекции выделяют диоды с прямосмещенным p-n переходом между полупроводниками с одинаковой или разной (гетеропереход) шириной запрещенной зоны, диоды с обратносмещенным p-n переходом и диоды с барьером Шоттки.
5.1.3. Неорганические СИД
В общем случае характеристики индикаторов на основе излучающего прямосмещенного p-n перехода могут быть достаточно сложными. Это связано с тем, что рекомбинация может происходить в различных областях p-n перехода с участием разных уровней и отличия самих p-n переходов от идеализированных моделей.
Инжекционная электролюминесценция включает два процесса: инжекцию носителей и собственно люминесценцию. С помощью инжекции обеспечивается создание необходимой концентрации неравновесных носителей заряда (запас светосуммы). Эффективность инжекции g определяется тем, насколько электронный ток In, инжектируемый из эмиттерной области, отличается от полного тока перехода I:
g=In/I=In/(In+Ih+Ir+Ip+Is), (5.4)
где Ih, Ir, Ip, Is - соответственно дырочная составляющая тока, ток безызлучательной рекомбинации в области p-n перехода, туннельный ток через барьер, ток утечки по поверхности p-n перехода.
Качество СИД в целом характеризуется внешним квантовым выходом:
h=g×hвн×hопт, (5.5)
где внутренний квантовый выход hвн равен отношению числа актов полезной излучательной рекомбинации к полному числу актов рекомбинации за единицу времени, а оптическая эффективность hопт определяется потерями на самопоглощение и на полное внутреннее отражение.
Энергия излучаемых фотонов может быть близка к ширине запрещённой зоны или меньше её. В последнем случае рекомбинация происходит через ловушки и путем подбора примесей можно задавать цвет свечения. При прямом оптическом переходе зона - зона длина волны излучаемого фотона определяется следующим соотношением:
l=1,23/Eg. (5.6)
Если величина ширины запрещённой зоны – эВ, то расчетная длина волны получается в мкм. Диапазон излучения современных СИД и ОСД, помимо видимой области спектра, включает инфракрасную область спектра (ИК-диоды), а также УФИ (AlInGaN).
Для преобразования свечения точечного источника, каким является область рекомбинации p-n перехода, в свечение плоского элемента отображения применяются разные способы (например, нанесение полоски светорассеивающего материала).
Вольт-амперная характеристика СИД подобна характеристикам германиевых и кремниевых диодов. Отличие проявляется в большем падении напряжения при протекании прямого тока. Это связано с большей шириной запрещённой зоны применяемых полупроводников.
p-n
перехода при прямом смещении подчиняется зависимости
,
5.7)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.