Электролюминесценция щелочно-галоидных кристаллов в широкой области температур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

1 9

На правах рукописи

/ '

Свешников Игорь Вадимович

Электролюминесценция шелочно-галоидных кристаллов

в широкой области температур.

01.04.05. - Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата фивико-матеметических наук.

Томск - 1997

Работа выполнена в Читинском государственном техническом университете, Томской государственной академии систем управления и радиоэлектроники.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Н.С. Несмелов, кандидат физико-математических наук,

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор A.B. Войцеховский (Томский государственный университет)

Ведущая организация: Иркутский государственный университет, г. Иркутск.

заседании диссертационного совета к. 063.53.03. в Томском государственном университете ( 634050, г.Томск, пр. Ленина 36)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета.

доцент А.П.Дружинин.

кандидат физико-математических наук А.Б. Антипов

(Томский конструктоско-технологический институт "Оптика")

Защита состоится

и

¿2 "

■yj 1996 г. в 14.30 на

Автореферат разослан

м

г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат физико-математических наук, доцент

Г.М. Дейкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.Несмотря на широкое использование явления электролюминесценции ( ЭЛ ),открытого более шестидесяти лет назад, его широкое применение во многих случаях ограничивается рядом нерешенных проблем, в том числе отсутствием стройной теории ЭЛ.

В предшествующих работах показано, что слои щелоч-но-галоидных кристаллов ( ШГК ) толщиной 1-10 мкм могут служить основой для получения электролюминесцентных и лазерных излучателей видимого и ультрафиолетового диапазонов, усилителей и преобразователей изображения, знаковых индикаторов. Дальнейший прогресс в этой области невозможен без детального исследования механизмов данного явления с целью поиска новых электролюминесцирующих веществ, расширения возможностей для практического использования данного явления.

В слоях ЩГК микронной толщины, в условиях электрических полей, превышающих стандартную электрическую прочность массивного материала ( такие поля называют сверхсильными ) наблюдается ряд новых для этих кристаллов явлений: эмиссия электронов в диэлектрик, размножение электронов,генерация экситонов и экситоноподобных возбуждений, структурная и актиЕаторная ЭЛ, генерация дислокаций и точечных дефектов.

Актуальность исследовательских работ в данном направлении обусловлена не только важными техническими применениями ЭЛ, но и самостоятельным научным значением данных исследований для развития теории твердого тела. Данные исследования облегчат в дальнейшем построение количественной теории ЭЛ.

Анализ литературных данных показывает неразрывную связь явления ЭЛ с процессами ударного возбуждения и ударной ионизации.В качестве центров свечения могут выступать как дефекты кристаллической решетки, так и примесные ионы.

В предшествующих работах показано, что основным механизмом передачи энергии центрам свечения в условиях сверхсильных электрических полей является механизм прямого ударного возбуждения центров свечения высокоэнергетическими

электронами зоны проводимости.Первичные носители инжектируются из контакта, а в слое ЩГК происходят процессы ускорения, ударной ионизации и лавинного размножения носителей. Электронно-дырочный механизм свечения ЩГК в условиях сверхсильных электрических полей признается неэффективным. Однако вопрос о возможности возбуждения центров ЭЛ экситона-ми, создаваемыми электронным ударом в основном веществе до настоящего времени окончательно не был решен.Не изучена была так же возможность возбуждения сложных центров свечения, в состав которых входит двухвалентный примесный ион, в условиях сверхсильных электрических полей. Эти исследования могут иметь как практическое, так и фундаментальное значение в плане изучения поведения собственных и примесных центров ЭЛ в условиях сверхсильного электрического поля в широкой температурной области.

Цель работы. Изучение процессов электронных возбуждений собственных и примесных излучательных центров в условиях сверхсильных электрических полей в широкой области температур. Получение и исследование ЭЛ центров свечения, в состав которых входит двухвалентный примесный- ион.

Научная новизна.

1.Впервые получена и исследована ЭЛ ЩГК, активированных двухвалентным европием.Изучены общие закономерности ЭЛ примесных центров, в соотаг которых входит двухвалентный ион европия.

2. Впервые проведены исследования ЭЛ ЩГК в широкой области температур: от Т = -160° С до Т = + 100° С с использованием трех неактивированных и трех активированных двухвалентным европием ЩГК.

3.ВперЕые экспериментально установлено значительное уменьшение полуширины спектра ЭЛ неактивироваккых ЩГК при одновременном возрастании величины квантового выхода ЭЛ с понижением температуры от Т = - 18° С, связанное с увеличением концентрации одиночных вакансий по отношению к концентрации более сложных центров ЭЛ.

4.Впервые зарегистрировано уменьшение величины кван-

тового выхода ЭЛ неактивированных ЩГК при температурах вше комнатных (до Т = +100° С).Квантовый выход ЭЛ активированных ЩГК з акгивзторной полосе в данной температуркой области,в пределах погрешности эксперимента, от температуры не зависит.

5.Впервые обнаружено, что воздействие сверхсильных электрических полей не приводит к нарушению изотропии центров свечения.

Научная и практическая ценность работы. Результаты проведенных исследований вносят вклад в понимание природы физических процессов, протекающих в тонких слоях ЩГК в условиях сверхсильных электрических полей в процессе ЭЛ ЩГК. В частности показано, что экситонный механизм передачи энергии центрам свечения в условиях сверхсильных электрических полей не проявляется во всем исследованном температурном диапазоне.В ходе проведенных исследований получены результаты, не оставляющие сомнений в том, что в структурной ЭЛ мо- гут проявляться помимо одиночных анионных вакансий так же и бивакансии и более сложные комплексы и ассоциаты.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке количественной теории ЭЛ.

Предпробойная ЭЛ в КСЬ-Еи, КВг-Еи, НаСЬ-Еи имеет достаточно высокий энергетический выход и ряд других ценных характеристик и на основе данных кристаялофосфоров могут быть разработаны маломощные импульсные источники излучения.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1.Воздействие сверхсильного электрического поля не приводит к разрушению примесных центров свечения Еи++\г и нарушению изотропии как примесных центров свечения, так и центров свечения основного вещества.

В составе структурной полосы ЭЛ могут проявляться помимо одиночных анионных вакансий (ос- центров ) так же и бивакансии и более сложные комплексы и ассоциаты.При низких температурах, в процессе ЭЛ ЩГК, равновесная концентрация одиночных анионных вакансий значительно превосходит концентрацию более сложных излучательных центров основного вещества.

3.Основным механизмом передачи энергии центрам свечения при ЭЛ ЩГК,активированных Еи++,в широкой температурной области ( от Т = - 160° С до Т= + .100° С ), является механизм прямого ударного возбуждения центров свечения высокоэнергетическими электронами зоны проводимости.

4.Экситонный механизм передачи энергии центрам свечения в предпробойной ЭЛ ЩГК не проявляется во;всем исследованном температурном диапазоне, что связано с интенсивной электрополевой диссоциацией экситонов в условиях сверхсильного электрического поля.

5.Деградационные процессы в ЩГК в условиях сверхсильных электрических полей не прекращаются даже при низких температурах, хотя скорость этих процессов уменьшается в несколько раз.

Апробация работы и публикации.Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Обьем "и структура диссертации.Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой.литературы из 106 наименований и содержит 174 страниц сквозной нумерации, 32 рисунка и 3 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы,обшде задачи диссертационных исследований, научная новизна полученных результатов и основные положения выносимые на запщгу.

Первая глава носит обзорный характер.В ней рассматривается ЭЛ ЩГК, активированных одновалентными ионами,структура примесных центров люминесценции, образованных европием ( по данным фотолюминесценции ),особенности воздействия сверхсильных электрических полей на систему точечных и линейных дефектов в ЩГК,механизмы миграции энергии к центрам свечения в условиях сверхсильных электрических полей.Изучается так же роль экситонного механизма передачи энергии центрам свечения при ЭЛ ЩГК.Анализ литературных данных показал, что роль экситонного механизма передачи энергии центрам

свечения в процессе ЭЛ ЩГК окончательно не выяснена.Основная масса работ по ЭЛ ЩГК выполнена в ограниченном температурном интервале - области комнатных и около комнатных температур.В качестве объектов исследований, в большинстве работ, использовался кристаллофосфор МаСЬ.Однако, для изучения механизмов возбуждения ЭЛ в ЩГК необходимо использование ряда ЩГК,активированных одной и той же примесью.Исследование механизмов возбуждения ЭЛ ЩГК при низких температурах и при температуре вше комнатных не проводилось. К настоящему времени из: . тно, что понятие а- центр нуждается в уточнении.В литературе имеются данные, позволяющие предполагать, что в полосе структурной люминесценции могут проявляться не только одиночные анионные вакансии, но и катионные вакансии, бивзкан-сии и другие комплексы и ассоциаты.Ранее было установлено, что концентрация структурных дефектов, играющих роль центров свечения, возрастает под действием сильного поля и снижается после снятия поля в результате коагуляции дефектов.

В конце главы сформулированы общие задачи работы:

1.Получить и провести исследование ЭЛ ЩГК, активированных европием.Изучить общие закономерности при ЭЛ тонких слоев, активированных двухвалентной примесью ЩГК ( спектральные характеристики, волны яркости, концентрационные зависимости квантового выхода, поляризационные характеристики )•

2.В ходе низкотемпературных исследований получить новую информацию о структуре центров ЭЛ основного вещества и центров, в состав которых входит ион двухвалентного европия. Изучить поведение собственных и примесных центров свечения при температурах выше комнатных.

3.Основываясь на полученных экспериментальных результатах и теоретических оценках, сделать выводы о механизмах возбуждения ЭЛ в широкой температурной области, об эффективности экситонного механизма передачи энергии центрам свечения в процессе ЭЛ ЩГК.

4.Уточнить оценки параметров возбуждения центров свечения - эффективного поперечного сечения примесного центра свечения.

Во-второй главе изложены технологические приемы из-

готсшления образцов для исследований, описаны экспериментальные установки, методики и произведен расчет погрешности измерений.

В качестве объектов исследований были выбраны крис-таллофосфоры KCL, NaCL, KBr, KCL-Eu, NaCL-Eu, KBr-Eu,выращенные методом Кирсполуса.Для введения активатора в шихту добавлялась соответствующая соль.' Концентрация активатор,-, в кристалле определялась по спектрам поглощения и составляла 101 1С18 см~3.

Суть метода приготовления образцов заключается е том, что в кристалле размером около 15x15x3 мм со стороны широких граней во встречном направлении вымываются сооскые лунки. За счет резкой анизотропии растворения вдоль различных направлений в кристалле, получаемый рабочий слой представлял собой тонкую пластику микронной толщины с высокой степенью плоскопаралельности.Площадь такого слоя достигала - 1мм2.

В качестве электродов использовались насыщенный раствор соответствующей соли в бутиловом спирте и плазма низкого давления. ЭЛ возбуждалась импульсным напряжением.

В работе были использованы следующие экспериментальные установки:для измерения волн яркости, для измерения спектров ЭЛ и квантового выхода,для изучения поляризации ЭЛ излучения, для наблюдения и измерения спектров ЭЛ ЩГК при температурах до Т = -30° С, для низкотемпературных измерений с плазменными электродами, для исследований ЭЛ ЩГК в области температур выше комнатных.

Исследование общих закономерностей ЗЛ ЩГК производилось с помощью соответствующих установок.Для изучения реком-бинационной компоненты свечения производилось фотографирование импульса свечения с экрана осциллографа.

Для выяснения вопроса о независимости-ЭЛ от материала электродов соответствующие измерения производились на установке с электролитовыми электродами в области температур от комнатных до Т=-30° С и на установке с электродами в виде плазмы низкого давления в этой яе температурной области.

Для низкотемпературных измерений ЗЛ ЩГК, использовалась установка с электродами в виде плазмы низкого давления, разработанная на кафедре КУДР ТАСУР.

Для изучения влияния сверхсильного электрического поля на структуру собственных и примесных центров свечения использовались установки для измерения волн яркости ЭЛ и измерения поляризационных характеристик свечения.Изучение поляризационных характеристик свечения проводилось вдоль различных направлений в кристалле,- как с использованием одного поляроида, так и в скрещенных николях.

Для исследования механизмов ЭЛ при температурах выше комнатных использовалась установка для измерения волн яркости ЭЛ активированных и неактивированных ЩГК в данной температурной облг- - ?и с применением соответствующих светофильтров.

Для измерения экспериментальных зависимостей использовались серии из 10-30 образцов.Общая погрешность измерений не превышала 15 % .

В третьей главе проведено изучение ЭЛ ЩГК, активированных европием при комнатных температурах.Предпробойная ЭЛ ПУК, активированных европием была впервые получена и исследована ' нами на следующих кристаллах: KCL-Ей, КВг-Еи, NaCL-Ей.Измерены спектры излучения и волны яркости предпро-бойной ЭЛ данных кристаллофосфоров.Спектры ЭЛ исследованных кристаллофосфоров, активированных европием, содержат две полосы излучения: коротковолновую и длинноволновую.На основании изучения волн яркости сделан еыеод, что наблюдаемое свечение не содержит длительной рекомбинационной компоненты, а иониз.~-;;:я Еи++ электронами зоны проводимости не происходит во всех исследованных наш основаниях.

Изучены поляризационные характеристики ЭЛ квгктиви-рог-анннх к активированных европием ЩГК.Данные исследования ранее в литературе описаны не были.Исследования проводились при комнатных температурах, поскольку, согласно литературным данным, от температуры степень поляризации не зависит.Обнаружит:- толяризаци» излучения вдоль различных направлений в кристалле так для активаторных так и для структурных центров ЭЛ не удалось.

Исследования концентрационных характеристик люминесценции позволяют получать новую информацию о процессах, про-гекащих в кристалле. Для случая структурной ЭЛ ранее была

обнаружена линейная связь между интенсивностью свечения и током проводимости, то есть независимость квантового выхода от уровня возбуждения. Тем не менее, чтобы устранить возможное влияние напряженности электрического поля и толщины образца на квантовый выход активаторной ЭЛ, использовались слои ЩГК почти одинаковой толщины, а измерение светового потока производились на образцах с различной концентрацией активатора при одних и тех же значениях токов.

Ив анализа литературных данных вытекает, что величины квантового выхода ЭЛ убывают в ряду кристаллофосфоров:КВг-Т1 - KC1-TI - NaCL-Ag во всем исследованном диапазоне концентраций, т.е. основание NaCL с наибольшей эффективностью экси-тонного механизма передачи энергии имеет наименьший квантовый еыход. На основании этого был сделан вывод о том, что экситонный механизм передачи энергии центрам свечения играет второстепенную роль в случае предпробойной ЭЛ ЩГК.Использовать для сравнения одну и ту же активирующую примесь 'авторам не удалось в связи с тем, что кристайлофосфор NaCL-TI не образует стабильного твердого раствора.

Однако квантовый выход компоненты свечения, связанный с экситонным механизмом будет зависеть и от типа примесного иона. Следовательно для окончательного выяснения вопроса о роли экситонного механизма передачи энергии требуется использовать одну активирующую примесь, что и было сделано в ходе наших исследований. Изучение концентрационных зависимостей квантового выхода позволило определить, что основным механизмом возбуждения ЭЛ ЩГК, активированных двухвалентной примесью является прямое ударное возбуждение центров свечения электронами зоны проводимости.Данные результаты не противоречат возможности вклада в процесс ЭЛ экситонного механизма передачи энергии. Однако в ходе данных исследований оценить величину этого вклада не представлялось возможны)/.

В четвертой главе проведены температурные исследования ЭЛ неактивированных и активированных ЩГК при температура;': от комнатных до Т=- 160° С и от комнатных до Т= + 100°С. При минимальных ( достигаемых на установке для низкотемпературных исследований ЭЛ ЩГК с электродами в виде плазмы низкого давления ) температурах изучена возможность вкла-

да в процесс ЭЛ ЩГК экситонного механизма передачи энергии центрам свечения.

Из анализа литературных данных следует, что под воздействием сильного электрического поля в ЩГК при комнатных температурах происходят интенсивные процессы генерации точечных дефектов. С понижением температуры ( от Т=-18° С ) процессы генерации дефектов резко замедляются.Это было, на наш взгляд, причиной того, что наблюдать ЭЛ неактивированных ЩГК, которые были предварительно охлаждены и лишь после этого подвержены воздействию сильного поля, нам не удавалось. Методика наших измерений состояла б следующем. Образцы неактивированных ЩГК вначале подвергались воздействию сильного электрического-поля при комнатной температуре до возникновения ЭЛ. При этом под действием сильного поля в образца;-: создавалась определенная концентрация альфа центров (Формовка образцов ). Затем образцу охлаждались и проводились измерения спектров излучения при различных температура?:. Уровень возбуждения поддерживался во всех измерениях, по возможности, одинаковым.Из рассмотрения спектров ЭЛ неактивированных ЩГК при различных температурах ( в дачкой температурной области ) видно, что с понижением температуры интенсивность ЭЛ в максимуме полосы - растет, з полуширина спектра уменьшается.Это связано, на нал взгляд, с неэлементарностью "л - полосы " излучения.

При предварительном ( до подачи импульсов напряжения ) охлаждении активированных ЩГК в спектре ЭЛ становится возможным наблюдать лишь одну коротковолновую полосу.Полоса, соответствующая структурной ЭЛ, в таких образцах отсутствует. Однако после подачи на образец нескольких десятков импульсов электрического напряжения появляется небольшое по интенсивности овечение структурных центров.Последующие воздействия электрического поля (особенно при более высоких температурах) приводят к тому, что свечение структурных дефектов становится все интенсивнее и интенсивнее, пока не достигает определенного предельного значения, соответствующего комнатной температуре.Кроме тага, нами производились измерения и по следующей методике: образцы предварительно подвергались формовке электрическим полем при комнатной тем-

пературе.а лишь затем охлаждались. После этого производились измерения спектров ЭЛ при различных гемпературач.

Обнаруженные температурные изменения спектральных характеристик не связаны с использованием того или иного вида-.электродов, а определяются процессами, происходящими в тонком монокристаллическом слое ЩГК под воздействием сильного электрического поля, что подтверждено соответствующими экспериментами.

Альфа центр, как известно, есть ионизованный Р-центр, представляющий собой анионную вакансию. А альфа полоса интерпретируется как полоса поглощения экситона, находящегося в окрестности анионной вакансии.В ЩГК помимо простых излучатель ных центров ( анионных вакансий ) присутствуют и более сложные излучательные центры. Неэлементарный состав а - полосы при комнатных температурах отмечается и в литературе.В связи с этим имеется некоторое несоответствие при указании максимума полосы излучения неактивированных ЩГК у разных авторов, иногда до 5 нм.

Из анализа литературных данных следует, что в процессе ударной ионизации, происходящей в ЩГК, образуются простые дефекты, имеющие положительный заряд - вакансии. Мигрируя по кристаллу, на неоднородностях кристаллической решетки они могут коагулироваться в более сложные излучательные центры - комплексы и ассоциаты, которые, кстати, в условиях сверхсильного электрического поля являются более устойчивыми образованиями.

При понижении температуры ( от Т=- 18° С ) подвижность дефектов резко уменьшается.Поскольку в условиях сверхсильного электрического поля, концентрация альфа центров увеличивается на несколько порядков, а образование сложных излучательных центров затруднено,в связи с уменьшением подвижности, то это должно приводить к изменениям спектров ЭЛ неактивированных ЩГК и увеличению квантового выхода. Предложенный механизм полностью объясняет, на наш взгляд, наблюдаемые в эксперименте изменения спектров ЭЛ неактивированных ЩГК.

В температурной области от Т= +20° С до Т= +100° С, з связи с описанным механизмом ЭЛ неактивкрованных ЩГК,

квантовый выход должен уменьшаться.Это и наблюдалось в наших экспериментах.Вероятным механизмом этого является механизм уменьшения концентрации излучательных центров ( и простых и сложных ).Это связано, на наш взгляд, с высокой скоростью ассоциации вакансий в комплексы и вачансионные цепочки, которые уже не могут являться центра/л ЭЛ.

В связи с различием в структуре центров активаторнсй и структурной ЭЛ можно предполагать и различное поведение данных центров. Однако в области комнатных температур - самой трудной о точки зрения изучения механизмов возбуждения -зарегистрировать различное поведение этих центров не удавалось .

На установке для исследования ЭЛ ЩГК при низких тем-перзтурах с использованием плазменных электродов нами была предпринята попытка проведения эксперимента с целью регистрации излучения автслокализованных экситонов ( АЛЭ ).

Из анализа литературных данных следует, что в основании ЫаСЬ, например,при повышении температуры от Т=20 К, время жизни АЛЭ резко убывает. При дальнейшем -повышении температуры в кристаллофосфоре НаСЬ-Еи можно ожидать затухания свечения АЛЭ с Л =370 нм и одновременное появление длинноволновой полосы свечения, соответствующей излучению центров - Еит+У~. При температурах около 100 К полоса свечения АЛЭ уже исчезает,но можно ожидать, что в результате прыжковой диффузии АЛЭ еще будут успевать передать свою энергию иону примеси, переход которого из возбужденного состояния в основное будет сопровождаться изл""ением.

Использование актив крова.-... л кристалла з нашем эксперименте позволило так же наблюдать ЭЛ слоя ЩГК при охлаждении образца до подачи импульсов электрического напряжения, поскольку ЭЛ неактивированных предварительно охлажденных образцов ЩГК не наблюдается. Формовка электрическим полем при ' комнатной температуре, для чистоты эксперимента, была нежелательна. Данный эксперимент дал отрицательный результат.

3 главе пять предложена методика расчета и произведены теоретические оценки эффективного сечения возбуждения и ионизации центров свечения при ЭЛ ЩГК.В экслериыентзльных работах по ЭЛ ЩГК з оверхскльнкг. электрических по.".:-: г~-:

сравнения дефективностей различных механизмов передачи энергии центрам свечения и однозначного истолкования опытных данных необходимо знать эффективные сечения возбуждения и ионизации различных примесных ионов в различных основаниях. В связи с отсутствием таковых экспериментальных данных, обычно активное поперечное сечение иона приравнивается к поперечному сечению анионной сферы.Очевидно, что при данном рассмотрении "возмущение",вызванное примесью в-кристаллической решетке не учитывается.Эту проблему можно решить, на нал-взгляд, с помощью кинетического уравнения В.А. Чуенкова для пробоя твердых диэлектриков и метода функций Грина с целью определения потенциала возмущения, вызываемого ионом примеси в решетке ЩГК.

Для выявления величины возможного вклада экситонной компоненты в процесс ЭЛ нами были построены и исследованы зависимости квантового выхода от сечения возбуждения ( энергии возбуждения ) примесного иона как для одновалентных так и для двухвалентных примесей.Это позволило изучить зависимость квантового выхода от параметра, характеризующего эффективность процессов возбуждения - сечения возбуждения.Используя литературные данные и собственные.исследования, нам удалось построить такие зависимости для трех оснований: KCL,KBr,NaCL. Величина квантового выхода в этих основаниях определялась для трех примесных ионов: Eu++, TI+, Ag+.

Исходя из рассмотрения дачных зависимостей можно отметить, что с увеличением сечения возбуждения примесного иона е данном основании, как и следовало ожидать, величина квантового выхода растет. Причем, в основании КВг возрастание квантового выхода с уменьшением энергии возбуждения примесного иона происходит много интенсивнее чем в основаниях KCL и NaCL, в которых данный рост наблюдается примерно в одинаковых пропорциях.Следовательно, зависимость квантового выхода от типа примесного иона т.е. от сечения возбуждения примесного иона значительная, что характерно для механизма возбуждения - электронным ударом.А рост квантового выхода с увеличением сечения возбуждения примесного иона в основаниях KCL и NaCL отмечается почти в равных пропорциях, что противоречит предположению о значительном вкладе в процесс ЭЛ ЩРК

эксигонного механизма и согласуется с предположением с доминирующей роли механизма прямого ударного возбуждения центров свечения электронным ударом.Данные зависимости позволили изучить эффективность процессов возбуждения в различных основаниях в зависимости от единого параметра - сечения возбуждения. Данные исследования позволяют однозначно определить возрастание квантового выхода в ряду кристаллофосфоров KCL-NaCL-KBr и определить вклад зксигонной компоненты в механизм ЭЛ как незначительный.

В заключении кратко изложены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Настоящая работа посвящена изучению основных закономерностей предпробойной ЭЛ ЩГК, активированных двухвалентными примесями и выяснению роли экситонного механизма передачи энергии центрам свечения как при комнатных темперзтурах, так и в области низких и-высоких температур.В ходе работы получены ноЕые результаты о структуре центров ЭЛ как примесных, так и центров ЭЛ основного вещества.Поэтому результаты, полученные в данной работе имеют как прикладное, так и фундаментальное значение.

В данной работе впервые получена и исследована ЭЛ ЩГК, активированных двухвалентной примесью - Еи++.

В ходе проведенных исследований получены следующие основные результаты.

1.Спектры ЭЛ кристаллофосфоров KCL-Eu, KBr-Eu, NaCL-Eu содержат две полосы излучения.Первая из них - коротковолновая, связана с излучением иона Еи++, интенсивность этой полосы возрастает с ростом концентрации активатора, а ее положение слабо зависит от выбора основания.Интенсивность длинноволновой полосы не зависит от концентрации примеси.Эта полоса обусловлена излучением структурных дефектов основной кристаллической решетки.

2.Положения европиевых полос излучения в случае элект-

ровозбуждения и фотовозбуждения совпадают. Таким образом, сверхсильное электрическое поле с напряженностью 10э В/м не приводит к разрыву комплекса Еи++У~,являющегося центром свечения.

3.На основании изучения волн яркости сделан вывод, что наблюдаемое свечение не содержит длительной рекомбинационной компоненты.

4.Ионизация Еи++ электронами зоны проводимости затруднена из-за избыточного заряда и не происходит ео всех исследованных нами основаниях.

•5.Изучены концентрационные зависимости квантового выхода ЭЛ при комнатной температуре.Из анализа этих данных следует, что основным механизмом возбуждения является - прямое ударное возбуждение центров свечения электронами зоны проводимости.

6.Проведены измерения азимутальных зависимостей степени поляризации европиевых центров.Обнаружить поляризацию излучения вдоль направлений [110], [1113, [101] не удалось.Следовательно, сильные и сверхсильные электрические поля не нарушают изотропию центров свечения.

7.Зарегистрировано возрастание величины квантового выхода при понижении температуры, основным механизмом чего является механизм "замораживания" вакансий, что приводит к увеличению равновесной концентрации простых излучательных центров ( одиночных анионных вакансий ) по отношению к концентрации бивзкансий и др. комплексов и ассоциатов.

8. Одновременное увеличение неравновесной концентрации а- центров ( анионных вакансий ) и уменьшение концентрации более сложных излучательных центров приводит не только к значительному увеличенш интенсивности ЭЛ, но и к значительному уменьшению полуширины спектра ЭЛ. Таким образом, не остается сомнений в том, что в структурной ЭЛ помимо одиночных анионных вакансий, проявляются и более сложные излучательные центры.

9.Уменьшение рассеяния электронов на фононах кристаллической решетки приводит к незначительным эффектам уменьшения полуширины спектра ЭЛ активированных кристаллофосфоров в ак-тиваторной полосе.

Ю.Деградационные процессы, происходящее в ШГК под действием сверхсильного электрического поля не прекращаются даже при низких температурах, однако скорость этих процессов уменьшается в несколько раз.

11.С повышением температуры слоя ( выше комнатной ) величина квантового выхода ЭЛ неактивированных ЩГК уменьшается. Квантовый выход ЭЛ активированных ЩГК в активаторной полосе излучения в пределах погрешности эксперимента от температуры не зависит.Следовательно, уменьшение величины квантового выхода ЭЛ неактивированных ЩГК в данной температурной области, связано не с процессами изменения условий возбуждения центра свечения электронами зоны проводимости, а с изменениями либо структуры самого излучательного центра, либо концентрации таких центров.

12. Эффективное поперечное сечение анионного и катион-ного примесного центра следует уточнять по методике, изложенной в Гл.5.

13.Данные исследования как в области комнатных, так и в области низких температур позволяют утверждать, что в условиях сверхсильного электрического поля экситонный механизм передачи энергии центрам свечения не проявляется.Основной причиной этого следует признать интенсивную электрополевую диссоциацию зкситонов.В качестве дополнительных причин этого следует указать следующие:

а) тепловая ионизация экситонов в данной температурной области,

б) экситоны взаимодействуют с дефектами кристаллической решетки, что приводит к аннигиляции экситонов при взаимодействии их с незаряженными точечными дефектами, и к диссоциации экситонов при взаимодействии последних с имеющими избыточный заряд по отношению к идеальной решетке, точечными дефектами.

Следовательно, к причинам низкой эффективности экситон-ного механизма при ЭЛ ЩГК, кроме интенсивной электрополевой диссоциации экситонов, следует отнести тепловую ионизацию экситонов в данной температурной области и взаимодействие последних с заряженными точечными дефектами, приводящее к диссоциации экситонов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТВ,С ДИССЕРТАЦИИ.

1. Несмелов Н.С., Еханин С.Г., Свешников И.В. Исследование ионных и электронных процессов в ЩГК в области сильных и серхсильных электрических полей // Отчет о НИР гос. регистрации 01920000743, Томск, 1993. - 24с.

2. Свешников И.В., Дружинин А.П. Методика спектральных измерений предпробойной ЭЛ ЩГК при низких температурах.-Вестник Читинского полит, ин-та, Чита - 1995, вып. 1.- с. 34-36.

3. Свешников И. В., Несмелов Н.С., Дружинин А. П. Исследование электролюминесценции ЩГК, активированных европием // Изв. ВУЗов, Физика, N 3, 1992, с.5.

4. Свешников И.В., Дружинин А.П. Электролюминесценция щелочно-галоидных кристаллов, активированных европием // Чит. политех, инт.- Чита, Деп. в ВИНИТИ 15.07.93., N 2004 -В93.

5. Свешников И. В., Дружинин А.П. Электролюминесценция щелочно-галоидных кристаллов при низких температурах //• Чит. политех, инт.- Чита, Деп. в ВИНИТИ 22.03.95. N 767 -В95, Юс.

6. Дружинин А.П., Свешников И-.В. Исследование предпробойной электролюминесценции щелочно-галоидных кристаллов, активированных европием в широкой температурной области // Вестник Чит. ГТУ, Чита - 1997, вып.5 - с. 22-24.

7. Свешников И.В., Еханин С.Г., Несмелов Н.С., Дружинин А.П. Электролюминесценция неактивированных ЩГК при низких температурах // Изв. ВУЗов, Физика, / в печати /.

8. Еханин С.Г., Свешников И.В.,Несмелов Н.С., Дружинин А.П. Электролюминесценция щелочно-галоидных кристаллов, активированных европием при низких температурах /7 Изв ВУ-Зое, Физика, / в печати /.

9. Дружинин А.П., Свешников И. В. Исследование электролюминесценции кристаллов, активированных европием /У Отчет о НИР, N гос. регистрации 01910053746, Чита, 1993. - 102с.