图书名称：《发光学研究及应用第六届全国发光学学术会议论文集1992.10.19-23，合肥》【作者】方容川，夏上达编【页数】390【出版社】合肥：中国科学技术大学出版社,1992.10【ISBN号】7-312-00413-X【价格】$50【分类】发光理论(学科:文集)【参考文献】方容川，夏上达编.发光学研究及应用第六届全国发光学学术会议论文集1992.10.19-23，合肥.合肥：中国科学技术大学出版社,1992.10.图书目录：光学研究及应用第六届全国发光学学术会议论文集1992.10.19-23，合肥》内容提要：本书收录1992年10月19-23日在合肥市举行的第六届全国发光学学术会议上的150多篇论文和摘要。《发光学研究及应用第六届全国发光学学术会议论文集1992.10.19-23，合肥》内容试读场致发光中的分层控制徐叙瑢(天摔理工学院材料物理所30019)1.引言粉末场致发光(EL)的研究在50年代曾一度活跃.但由于其亮度有限、性能不稳而渐渐沉寂.1974年Ioguchi采用了双绝层夹心结构，避免了在电场下使用易迁移的Cu+离子，成功地做成了高亮度、长寿命的T℉EL器件，使EL再次活跃起来.如今，单色的T℉EL640×400点阵交叉屏已商业化.进一步的发展还要求瞬时及全色，直至显象，作到壁挂电视的水平但是，要使EL做到全色显示，则在三基色中，它的蓝、绿颜色的发光亮度还须提高.我们试图突破现状，进一步在提高亮度的基础上同时解决TFEL的彩色化问题，关于发光的过程，除去电场可引起猝灭之外，它和光致发光中的机理基本相同.所以，研究的重点是针对场致发光的激发过程.在粉末场致发光中，1964年我们已用光探针法证实了碰擅离化机理，在薄膜场致发光中，这个机理仍然是正确的.这样，为提高场致发光的亮度，我们采用了扩大三个瓶颈过程的方法.这三个瓶颈是：碰撞激发，离化倍增及初电子来源.其中直接引起发光的是碰撞激发，2.理论在场致发光中，电子是在晶体内加速，其能量被限制在导带内，而碰撞则起源于导带中电子及发光中心间的相互作用.这样，碰撞截面必定与导带中的电子行为有关.所以，首先要考虑能带的具体结构对碰撞的影响，碰撞时，导带电子从高能态被散射到低能态（它们可以是同一导带或不同导带中的两个能态)，而发光中心则从基态被激发到激发态，它们相应的能量变化要求符合能量守恒假设过指电于跃迁的终点在r点附近它的态密度是（旧-红2，然后按照跃迁速率的黄金规则可以算出碰撞激发的跃迁速率P-行()<@，y,D,,从而得到微分碰撞激发截面四幸国家自然科学基金资助项目do48元'cme2(E,/E,)d,(e/eo)(E-E)月×24,K,K/1收+x)-+K(1)其中,为折射率，(er/o)是有效场之比.这一关系表示微分碰撞截面即依赖于电子经散射后的运动方向，又依赖于电子在散射时的入射方向根据(1)式，我们以ZS为例，作了数字计算，先算在(1,1,0)入射方向上，过热电子将中心从基态激发到1.88eV,2.1eV,2.5eV,2.75cV激发态的碰撞截面，由于在不同散射方向上，它们的大小是同一量级，总的碰撞截面：。-[品，00+品，1,0+，]结果如图1(a),σ随电子能量的增加.经极大值，在约3.2eV处下降到零，然后，计算了电子沿(1,0,0)方向入射，又沿(1,0,0)方向散射的情形，分别计算了相当于上述四种跃迁(1.88eV,2.1cV,2.5eV,2.75eV)的微分碰撞裁面.从图1()可以看出，在3.5cV至4.5eV之间有一尖蜂，蜂值可达103A2.对不同能级间的上述四种跃迁，微分截面随入射电子能量的变化十分相似.但是它在其它散射方向上的数值都小得多200100至19redyellow..050100gree好变lue2.03.0面陆物3.04.05.0E(ev)E(eV)图1.(a)沿(1,1,0)人射时的c,x沿0,00入射及，00散射的品通过上述计算，发光中心碰撞激发截面的特征可归纳为以下几点：()它的大小随入射电子的运动方向有显著的各向异性。(2)它的大小在低能范围内随人射电子能量增大而加大，(3)它的大小和发光寿命成反比(4)激发不同能级所需电子能量的阈值随能级升高而增加面斯所面(5)碰撞激发截面的大小正比于末态的密度3.实验根据以上分析，要扩大碰撞激发截面，首先要提高热电子的能量.为此，我们提出了三点思想：1)将加速电子及激发中心的过程分开；2)使用非发光层的半导特性，而不用它的。2·绝缘性；3)用预热方法协助电子的加速.按照这个思路，我们设计了SiO/SiO2/发光层/SiO2/Si0的结构，在这种结构上我们分析了电子的加速区域，碰撞离化倍增系数，过热电子的能量分布，截面和发光寿命的关系，复合中心及分立中心的选择及初步应用这一结构的效果。7分(1)载流子的倍增区城EL是一高场过程，场强高达106一10V/cm,足以达到碰撞离化雪崩.自1974年TFEL研究开始以来，碰撞高化虽被公认，但无直接证明.W,E,Howard(1981)在MISIM结构中，观察到ZS:M的蓝紫发射，他判断这是由于横跨带隙的碰撞离化及随后的倍增：G.O.Muller(1988)则以I-V特性和负微分电导（滞后效应）作为倍增的证据.在常用的MISM“夹心"结构中，载流子加速和激发发光中心在同一层中进行，给实验带来困难.但在我们这种加速、激发分层的结构中，我们制备了各膜层厚具有梯度的样品，测盘经电桥补偿后的传导电流D一V特性，直接得到了载流子碰擅离化倍增的证据，并计算了碰擅离化系数g。倍增因子M定义为末电流I和初电流I,之比M=I/IoM=1-广dx"1-da(E(2)并假定，离化率aoCe-/B由(2)式可见，倍增因子M依赖于有效倍增区δ：和电场强度E.为判断碰擅离化倍增产生在SiO2或ZS层，我们分别改变了ZS和Si02层厚，并测量D-V特性如图2、图3.50ZS:Si02:~30ma~30m40~400m~50mc500m3030c~70m810203040506070.80%AliedVoltage(V)AliedVoltage(V)图2.变更ZS层厚时的D-V曲线图3.变更SiO2层厚时的D-V曲线图3.a、、c中，Si02从30m依次递增20m,D-V陡度有明显增加，由于Si02增加，6r也增加，虽电场E略降，但D-V陡度仍然随SiO2增厚而增加，这说明在SiO2层中有载流子倍增产生.在图2.a、、c中，ZS从300m依次递增100m,D-V向高压端明显移动.这说明ZS的增厚使SiO2中的电场有较大的下降，外电压的加大使SiO,中电场恢复到原有数值，于是得到的D一V曲线陡度没有明显变化.即在这种新结构中，载流子倍增的产生，是在SiO2层，而不是在通常被认为的ZS层中回3(2)倍增因子M及高化系数xa1~6.5×10"(cm-11.8×10Wcm由(2)式，M=I/L,和D-V特性，结合SiO、am~9.8×10(cm-52~4.4×10Ncmhag4.0×10'cm3~1.3×107Ncm-SiO2和ZS各膜层厚度和介电常数8，我们计算了碰撞离化系数2=e/B,(图4).作为比较，画出×100P.Solomo得到的在SiO2单晶中的碰撞离化系数x及J.W.Ale得到的Z碰撞离化系数82可见，同是Si02,2比1几乎大两个量级，2比TFEL中最常用的ZS的g?大近3倍，这表明这。.3种新结构在扩大中间瓶颈一载流子碰撞离化倍增104方面的优越性。由(2)式，用计算机直接拟合了碰撞离化参数2=4.4×10'V/cm),而1=1.8×108(V/cm),11.533.5=55566.53=1.3×10'V/cm).Livigtoe和A1le指出离IvereMeaFicldE-(10-7cmV-1)图4.离化系数随平均电场倒数的变化化参数与金刚石型半导体材料带隙有近似的线性关系.如符合这关系，则对应的能隙应在5.8eV处.但SiO2:E,一8.5cV,这个差异的起因有两种可能：a预热载流子的作用.在这种新型TFEL中，载流子由SO预热层引入.载流子在进人SO2层时，已被加速到一定的动能，这对跨带隙的碰撞离化而言，相当于SO,能隙变窄多晶能隙中杂质能带或非晶态SO,的带尾的离化.即碰撞离化的不是跨越一般带隙的离化，而是多晶Si02中处于禁带中的杂质能级或非晶SiO2中的能带尾.Q中(3)高能量的电子分布为表征可以引起激发的热电子的能量，选用E#的绿发射H1/2-I/2+S3/2I5/2)与红发射(Fg/2~I/2)光强之比R.在正弦波激发下ZS:ErF3的时间分辨光谱表明在0.3mol%(ErF)的掺杂浓度下，各发射中心之间在及上下能级之间都没有能量传递在这种条件下，我们测量了新结构与通常结构的绿、红比R随外加电压的变化，新结构的R值均数倍于通常结构的R.EL发光强度L正比于电子能量分布函数E)与碰撞激发截面σ(E)的卷积，即：NSIoc-∫E)v(E)o,(E)R(EdE(3)这里：一载流子密度，N一Er3+中心浓度，Si一第i激发态的简并度，一第i激发态的寿命，一第i态的碰撞激发截面，v(E)一热电子速度，g(E)一能态密度假定载流子浓度为Boltzma分布，即：E)ace(-E/E)由实验可以得到E+中各能级开始跃迁的光强I随外界电压的变化.从文献找出激发态寿命，由式(2)可以计算分布函数E)g(E)随外加电压的变化.通过拟合，计算了特征能量，它的最大值是E。一1.58eV.而通常结构中ACEL一0.3eV,DCEL一0.16cV,可见在新结构中得到了能量较高的过热电子.（图5）50VSieWave:501.50SO材I302形为1.010的国6080100V015101520(KH2)Frequecy(KHz)图5.过热电子的平均能量与外加电压的关系图6.颜率增加时Ce及N发光强度的比值变化(4)激发态寿命与发光强度的关系为验证上述特征(3)，我们在ZS中共掺杂CcF,+NdF,为避免Cc+与Nd3+间的能量传递，CcF,和NdF,浓度均为10ot%.Ce3+的发光：I:5dD)>4F1/2,I2:5d(D)4F5/2Nd的发光：G/21g/14G5/21g/2,1:2H1/2g/2测得Nd3的激发态寿命分别为x,一3.2u),t一4.8u),t5一4.2μ(I),Cc+的PL寿命约在30一100,计算Ce+及N+的发射强度比随激发频率的变化，得到，激发频率增加时，短寿命的发射优于长寿命的发射.（图6）(5)蓝色ZS:Cc3+和红色Y02S:Eu以上实验说明，电子来自SiO2,并已在SiO2层内获得高速度.做为EL结构特性的交叉实验.我们首次尝试了蓝色的发光ZS:CeF,此材料在通常结构中没有EL发光或很弱，但在这种新结构中得到了明亮的蓝色发光.进一步我们使用了典型的红色CL(阴极射线发光)磷光体YO,S:E山，它在通常的EL结构中是不发光的，在这种新结构中则得到了均匀的Bu红色辐射，这从另一方面证实了上述结果的正确性4结论(1)揭示了发光中心碰撞激发截面的五个重要性质，特别是截面的各向异性及电子能量的重要性。(2)在此基础上设计了一个全新的T℉EL结构，该结构证实了载流子在加速层SiO2中的碰撞离化倍增，其离化系数远比单晶SiO2和ZS中的大，得到了较高能量的电子(3)证实了发光中心碰撞激发截面随热电子能量增加而增大以及它与其能级寿命成反比的特性。厕长0，了，QY政.大疑外三能残外司胖锁的参考文献式0记面：大限圆事价[山徐叙喀、雷刚、申猛燕，自然科学进展，1(199)，62[②徐叙弟、雪刚、徐征，自然科学进展，1992促间温食处即的网海斯收中[3]P.SolomoN.Klei,Sol.St.Comm.,17(1975),1397.的风就随诗屏海业0记站原餐[4TD.ThemoJ.W.Ale,私人通讯[5]LeiGagetal.,ActaPolyleehicaSead.AlPhy.Serie.170(1990),295有还年神满自填国。5。T℉EL器件中预热层对热电子2Go1时能量的影响陈立春邓振波候延斌王文静徐征华玉林(天常理工学院材料物理所300191)1.引吉增大碰撞激发电子的能量是增强薄膜场致发光亮度和获得蓝色发光的途径之一，徐叙路等人利用D-V方法证明了，电子在SO2中能够加速，并获较高的能量.利用该结构所做的器件比通常结构的器件具有较高的发光亮度.邓振波等人研究比较了有无S0预热层对器件发光亮度的影响，证明$0作预热层可获较高的电子能量和器件的发光亮度.本文研究了三种不同预热层的作用.证实了以SO作预热层所作的器件可使电子获较高的能量，2.实验实验中所采用的三种结构的T℉EL器件分别是：A:gla/ITO/SiO2/Y203/SiO2/ZS:TF3/Sio2/Y203/Si02/AlB:gla/ITO/SiO2/Ta2O/SiO2/ZS:TF3/SiO2/TaO3/Sio2/Al道疼C:gla/ITO/Sio/Sio2/ZS:TF3/Sio2/Sio/Al绝缘层和发光层均由电子束蒸发沉积的方法制备，沉积速率由LE-100测厚仪监测.S0、Si02Ta20,Yz03和ZS:TF3的厚度分别为250A、160A、200A、200A和2500A.电致发光光谱由HITACHI-4010测量，用桥式电路及Model4400Boxcar测量传导电流，利用计算机对测量结果进行拟合，得到热电子能量.动由万无国3.结果与讨论预热层和加速层对传导电流和发光强度有较大的影响，也就是激发发光中心的电子密度及能量与器件的构成关系甚大.对三种预热层构成的T℉EL器件，随外加电压的增加，发光强度指数上升，在电压较高时饱和；传导电流也随外加电压的增大而增大，但它们的区别很大.由Y,O3和Ta203为预热层所构成的TFEL器件的饱和电压较低，最大亮度也较低，但传导电流却较大；而以$0为预热层构成的器件情况恰好相反.根据第三代场致发光理论，碰擅激发发光中心的电子可在预热和加速层中得到加速.在我们设计的三种结构的器件中，加速层都是相同的，但预热层不同.分别是Si0、Ta20,和Y0(在Ta20,和Y0,的外层的SO2是防潮和氧扩散的.)预热层的不同会影响加速电子的最终能量.我们利用发光·国家自然科学基金、国家863高技术基金及天津二十一世纪青年基金资助项目A深a20网。6···试读结束···...

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