Некоторые особенности спектрально-кинетических характеристик люминофоров на основе ZnS:Cu

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА ДИПЛОМНАЯ РАБОТА НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЮМИНОФОРОВ НА ОСНОВЕ ZnS Cu С О Д Е Р Ж А Н И Е ВВЕДЕНИЕ 3 ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОФОСФОРОВ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА ЦИНКА ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ . .1.1 Общие положения люминесценции кристаллофосфоров 6 1.2 Механизмы возбуждения электролюминесценции 1.3 Механизмы свечения цинк-сульфидных электролюминофоров 1.4 Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения .1.5 Зависимость интегральной яркости электролюминесценции от частоты 23 ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 2.1 Объекты исследования 2.2 Описание экспериментальной установки. 28 ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЛЮМИНОФОРА ZnS Cu,Mn 3.1 Изменение спектров люминесценции ZnS Cu,Mn при возбуждении переменным электрическим полем различной частоты 3.2 Идентификация спектральных полос и сравнение со спектром ZnS Cu,Mn, изготовленного по стандартной технологии 36 3.3 Обсуждение кинетики свечения электролюминофора ZnS Cu,Mn.49 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 54 ЛИТЕРАТУРА .55 ВВЕДЕНИЕ Широкие перспективы технического применения электролюминесценции для создания отображающих информацию устройств в автоматизированных системах управления, в телевидении и вычислительной технике до сих пор должным образом не реализованы вследствие существенной нестабильности оптико-электрических характеристик излучателей на ее основе.

Исследования последних лет показали, что прогресс любых технических характеристик электролюминесцентных приборов и устройств невозможен без решения проблемы деградации энергии.

Для решения этой проблемы проводятся обширные исследования по изучению физических механизмов, лежащих в основе люминесценции кристаллофосфоров, причем как на основе классического соединения ZnS Cu, так и соединений, содержащих различного рода добавки. Технологии производства электролюминофоров желтого цвета свечения основаны главным образом на синтезе твердых растворов халькогенидов цинка и кадмия, активированных медью.

Представителями данного класса люминофоров являются сульфоселенид цинка Zn S,Se Cu и сульфоселенид цинка кадмия Zn,Cd S,Se Cu, выпускаемые под марками Э-575 и ЭЛС-580-И. Однако применение данных марок люминофоров ограничивается использованием при их производстве соединений кадмия и селена, наносящих вред экологии при попадании в окружающую среду.

Кроме этого, производство люминофоров данного класса осложнено применением аргонной атмосферы при прокаливании шихты, которое производится в две стадии, что является нетехнологичным и удорожает производство.

Кроме сульфоселенидных электролюминофоров, излучающих в желтой области спектра, существует также электролюминофор на основе сульфида цинка, активированного медью и марганцем ZnS Cu,Mn. Преимущество данного состава перед сульфоселенидными очевидны, так как при его производстве не используются токсичные соединения кадмия и селена.

Однако низкая яркость свечения и высокая скорость деградации яркости не позволяют применять этот люминофор в современных электролюминесцентных устройствах. В настоящее время химиками-технологами НПФ Люминофор ведется поиск путей усовершенствования методики синтеза электролюминофора на основе системы ZnS Mn - Cu2-XS, для получения основных параметров свечения по яркости и скорости деградации не уступающих серийно выпускаемым маркам.

После усовершенствования условий прокаливания ZnS Cu,Mn был получен люминофор, превышающий по яркостным характеристикам в 3-4 раза изготовляемый ранее по стандартной технологии. Актуальным является выяснение причин, определяющих повышение яркости ZnS Cu,Mn при изменении условий синтеза.

Обычно при исследовании свойств люминофора определяющим параметром является яркость люминесценции. Однако для выяснения основных физических механизмов, лежащих в основе люминесценции, необходимым является исследование как спектральных, так и кинетических характеристик электролюминофора. Целью настоящей работы является исследование спектрального состава электролюминофора на основе ZnS Cu,Mn изготовленного по новой технологии, проведении идентификации спектральных полос, сравнении со спектром люминофора ZnS Cu,Mn стандартной технологии производства и изучении влияния частоты переменного электрического поля на спектры и кинетику его излучения.

В соответствии с поставленной целью был определен ряд задач 1 - получение спектра люминесценции кристаллофосфора на основе ZnS Cu,Mn при различных частотах электрического поля 2 - исследование кинетики процесса 3 - идентификация спектральных полос и сравнение со спектром люминофора ZnS Cu,Mn, изготовленного по стандартной технологии производства 4 - предположение о механизмах, лежащих в основе электролюминесценции ZnS Cu,Mn, с точки зрения зонной теории.

ГЛАВА 1.

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОФОСФОРОВ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА ЦИНКА ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ КРИСТАЛЛОФОСФОРОВ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА ЦИНКА ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1

Общие положения люминесценции кристаллофосфоров

Общие положения люминесценции кристаллофосфоров. Существует обширный класс люминофоров у которых поглощение энергии мож... При возбуждении светом люминофоров этого типа их электрические свойств... 1.1.1 Простейшая зонная схема для люминофоров рекомбинационнного типа. Помимо этого, с повышением температуры возможно увеличение вероятности...

Механизмы возбуждения электролюминесценции

Электрическое поле способствует появлению либо непосредственно возбужд... 1.2.1 соответствует случаю ионизации в области высокого поля, созданно... Рис. Если преобладает рекомбинация носителей, введенных в образец из контак... Инжекционная электролюминесценция характерна для p-n перехода в некото...

Механизмы свечения цинк-сульфидных электролюминофоров

Механизмы свечения цинк-сульфидных электролюминофоров. Принято разделять все явления электролюминесценции на два класса относ... При этом свечение, как правило, можно получить только при возбуждении ... Используя представления Лемана и Маэда, Фишер предполагает, что провод... Конец, из которого выходили дырки, при изменении знака поля будет пост...

Зависимость интегральной и мгновенной яркости электролюминесценции от напряжения

Исследование электролюминесценции цинксульфидных электролюминофоров по... а - энергетическая схема кристалла в отсутствие внешнего напряжения, б... Внизу показана форма импульсов напряжения V и временное положение свет... Рис.1.4.2 Волны яркости при различной форме переменного напряжения. Можно ожидать, также, что одновременно происходит освобождение дырок и...

Зависимость интегральной яркости электролюминесценции от частоты

1.5.1, где представлено увеличение яркости В с ростом f, и графическог... Последнее показывает, что роль поляризационных явлений в случае синусо... Образец ЭЛ-510, Т 20 ?С 22 . К тем же результатам приводит использование в ячейках высокоомных проз... коротких импульсов напряжения может быть связан также с конечным време...

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 2.1

Объекты исследования

Медь создает акцепторные уровни в запрещенной зоне. Основной уровень марганца расположен в валентной зоне, а возбужденный ... 2.2 . Электролюминесцирующие образцы на основе сульфида цинка представляют с... Обычно это связывается с необходимостью получения в кристаллах второго...

Описание экспериментальной установки

Доказательством этого предположения может служить разложение спектра л... Поэтому для решения данного вопроса необходимо усовершенствование мето... Для анализа структуры полос А и В в спектральном распределении люминес... При изменении частоты от 400 до 4000 Гц от белого цвета к синему, инте... Механизм люминесценции здесь, является сложным и не изображен перехода...

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Отличие от спектра, изготовленного по стандартной технологии, состоит ... 4. При изменении частоты переменного электрического поля от 400 до 4000 Г... ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ. Анализ кинетики процесса электролюминесценции показал необходимость ус...

ЛИТЕРАТУРА

ЛИТЕРАТУРА 1. Фок М. В Введеиие в кинетику люминесценции кристаллофосфоров, изд. Наука , 1964. 2. Верещагин И.К. Электролюминесценция кристаллов.

М. Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1974. 272 с. 3. Верещагин И.К. Введение в оптоэлектронику учебное пособие для ВТУЗов М. Высшая школа, 1991. -200с. 4. Павлов П.В Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М. Высшая школа. 2000. 494с. 5. Lеvеrеnz Н. W An Introduction to Luminescence of Solids, New York 1950. 6. Studer F. I Rosenbaum А JOSA, 39, 685 1949 . 7. Толстой Н. А Феофилов П. П УФН, 16, 44 1950 . 8. Левшин В. Л Фотолюминесценция жидких и твердых веществ, Гостехтеориздат, 1951. 9. Адирович Э. И Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов, Гостехиздат, 1951. 11. Антонов-Романовский В. В ЖФХ, 6, 1022 1935 . 12. Лущик Ч. Б Труды ин-та физики и астрономии АН ЭССР, вып. 3, 1955, стр. 3. 13. Жуков Г. В Исследование влияния препаративных условий на формирование электронных ловушек в цинксулъфидных люминофорах.

Автореф. канд. дисс МХТИ, 1965. 14. Левшин В. Л Туницкая В. Ф Черелаев А. А Опт. и спектр 1, 259 1956 . 15. Бундель А. А Жyков Г. В Опт. и спектр. 19, 247 1965 . 16. Нооgеnstrааtеn W J. Electrochem.

Soc 100, 356 1953 . 17. Destriau G Phil. Mag 38, 700, 774, 880 1947 . 18. Curie D J. Phys. Radium, 14, 510 1953 . 19. Piper W. W Williams F. E Brit. J. Appl. Phys Suppl. 4, 39 1955 . 20. Zalm, Philips Res. Repts 11, 353 1956 21. Фок M. В Георгобиани А. Н УФН, 72, 467 1960 . 22. Георгобиани A. Н Труды ФИАН им. Лебедева т. 23, Изд. АН СССР, 1963. 23. Thornton W. A J. Electrochem.

Soc 108, 7 1961 . 24. Gilson I. L Darnell F. I Phys. Rev 125, 149 1962 . 25. Бонч-Бруевич A.M Карисс Я.Э Молчанов В.А. и спектр 11, 87 1961 . 26. Fischer A. G J. Electrochem.

Soc 110, 733 1963 . 27. Букке E. E Винокуров Л. А Фок М. В Инж физ. журн 113 1958 . 28. Mattler J J. Phys. Radium, 17, 725 1956 . 29. Ребане К. С Риттас В. И. Ж. Прикл. Спектр 2, 350 1965 . 30. Urbach F. Hemmendinger H. Pearlman D. Preparation and Charakteristik of solid Luminescent Materials.

SHCU, New York, 1948, 280 c. 31. Левшин В. Л. Орлов Б. М. Опт. и спектр 7, 530 1959 32. Steinberger I.T Low W Alexander E Влияние переменного электрического поля на излучение света в некоторых.

Phys. Rev 99,1217. 33. Destriau G Ivey H.F Электролюминесценция и связанные с ней вопросы. Proc. I. R. E 43, 1911. 34. Matrossi F Electroluminescence and Electro - Photo luminescence, Braunschweig. Электролюминесценция и электрофотолюминесценция. 35. Steinberger I. J Braun E.A Alexauder E Эффект Гуддена - Поля и эффекты запоминанияв фосфорах, возбуждаемых ИК - излучением. Joun. Phys. Chem. Solids, 3, 133. 36. Destriau G Mattler J Destriau M Усиление свечения некоторых фосфоров, возбуждаемых рентгеновскими лучами, под действием электрических полей.

Journ. Electrochem. Soc 102. 682. 37. Gobrecht H Gumlich H.E Влияние длины волны возбуждающего света на электрофотолюминесценцию. Zs. f. Phys. 158. 226. 38. Bleil C.E Snyder D.D Некоторые эффекты, вызываемые слабыми полями при люминесценции в CdS. Journ. Appl. Phys. 30, 1699. 39. Ivey H.F Библиография по электролюминесценции и связанным с ней вопросом.

I. R. E. Trans. of Prof. Group on Electron Dev ED - 6, 2. 40. Верещагин И. К Серов Е. А. ЖПС, 1981, т 35, 3, -С 450-453. 41. Верещагин И. К Серов Е. А. Резюме докладов международного совещания по фотоэлектрическим и оптическим явлениям в твердом теле. Варна, 1980, с.54. 42. Верещагин И. К Серов Е. А. ЖПС, 1985, т.43 5. С.843-845. 43. Верещагин И. К Хавруняк В. Г Хомяк И. В в сб. Электролюминесценция твердых тел , Наукова думка , Киев, 1971, -С 148. 44. Верещагин И. К Серов Г. А Хомяк И. В. Журн. прикл. спектр. 17, 81 1972 . 45. Верещагин И. К Серов Г. А Хомяк И. В Тр. V совещания по электролюминесценции, Ставрополь, 1973, -С 24. 46. Верещагин И.К Колсяченко Л.А Кокин С.М. Электролюминесцентные источники света.

М. Энергоатомиздат, 1990. 47. ВерещагинИ.К. Введение в оптоэлектронику учебное пособие для ВТУЗов М. Высшая школа, 1991. -200с. 48. Верещагин И. К Изв. АН СССР, cep. физ. 30, 559 1966 . 49. Marti С Acta phys Роlоn. 26, 727 l964 . 50. Федюшин Б. Т Oпт. и спектр. 13, 558 1962 Оптика и спектр сб. JIюминесценция 1, 312 1963 . 51. Patek K Czech. J. Phys. 9. 161 1959 . 52. Волькенштейн Ф. Ф Пека Г. П в сб. Электролюминесцирующие пленки , Тарту, 1972, -С 88. 53. Давыдов А.С. Электронные возбуждения и колебания решётки в молекулярных кристаллах Изв. АН СССР 1970. -Т. 24 3 С. 483-489. 54. Спектроскопия внутри- и межмолекулярных взаимодействий. Под ред. Н. Г. Бахшиева вып. 2 Л. Изд. ЛГУ, 1978г 212 с. 55. Сверчков С.Е Сверчков Ю.Е. Влияние структуры матрицы на скорость тушения люминесценции примесных центров в теории прыжковой миграции Опт. и спектр 1992 Т. 73 3 С. 488-492. 56. Стромберг А.Г Семенчкенко Д.П. Физическая химия М. Высшая школа, 1999 528 с. 57. Люминофоры и особо чистые вещества.

Информационно-технический бюллетень.

Ставрополь. НИИТЭХИМ. 1990. 4.1 318 с. 58. Кривошеева Л.В. Синтез и физико-химические исследования порошковых электролюминесцентных материалов на основе халькогенидов цинка Диссертация на соискание ученой степени канд. хим. наук. Ставрополь, 1999. 113 с. 59. Акт о внедрении технологии производства электролюминофора марки Э-455-115, разработанной предприятием ВНИИ Люминофоров.

Ставрополь. 1982. 60. Акт о внедрении технологии производства электролюминофора марки Э-515-115, разработанной предприятием ВНИИ Люминофоров. Ставрополь. 1982. 61. Отчет по теме Б04808500045 Разработка электролюминофоров различных цветов свечения для ЭЛИ на 115В, 400Гц. Ставрополь. ВНИИ Люминофоров. 1981. 62. Голубева Н.П Фок М.В. Связанная с кислородом люминесценция сульфида цинка, активированного медью и серебром ЖПС. 1987. Т. 47. 1. С. 35-40. 63. Голубева Н.П Фок М.В. О природе центров зеленой люминесценции ZnS-О Сu ЖПС. 1981. Т. 35. 3. С. 551-553. 64. Нефедов В.И. Рентгеновская спектроскопия химических соединений справочник. М. Химия. 1984. 256с. 65. Hand book of X-ray photoelectron spectroscopy A reference book of standard data for use in x-ray by Wagner Physical Electronics Division. 1978. 66. Синельников Б.М Каргин Н.И Михнев Л.В Немешаев А.Ю Гусев А-С. Установка для исследования спектров люминесценции динамическим методом при фотовозбуждении Тез. док. XXX научно-технической конференции.

Ставрополь. 2000. 67. Кучеров А.П Кочубей СМ. Метод разложения сложного контура на элементарные составляющие с использованием предварительного анализа его структуры.

ЖПС. 1983. Т.38. Вып. 1.С.145-150. 68. Корнева Н.Н Кривунченко В.А Ваксман Ю.Ф. и др. Люминесценция и фотопроводимость монокристаллов селенида цинка, легированных медью.

ЖПС.1980. Т.ЗЗ. Вып. 4. С.661-667. 69. Борисенко Н.Д Полежаев Б.А. Время жизни возбужденного состояния марганцевого центра в сульфиде цинка. ЖПС. 1990. Т. 53. Вып. 6. С.1020-1022. 70. Проскура А.И Дегота В.Я Кияк Б.Р. О природе свечения керамики ZnS-Cu. ЖПС. 1988. Т. 49. Вып. 4. С.684-686. 71. Фок М.В. Разделение сложных спектров на индивидуальные полосы при помощи обобщенного метода Аленцева. Труды ордена Ленина физического института им. ПН. Лебедева. 1972. Т. 59. С. 3 - 24. 72. Букке Е.Е Вознесенская Т.И Голубева Н.П Горбачева Н.А Илюхина З.П Панасюк Е.И Фок М.В. Применение обобщенного метода Аленцева для анализа спектра сине-голубой люминесценции ZnS. Труды ордена Ленина физического института им. П.Н. Лебедева. 1972. Т. 59. С. 25 - 37. 73. Верещагин И.К Ковалев А.Б Косяченко Л.А Кокин С.В. Электролюминесцентные источники света.

Под ред. И.К. Верещагина. М. Энергоиздат. 1990. 74. Веревкин Ю.Н. Деградационные процессы в электролюминесценции твердых тел. Л. Наука, 1983. 75. Георгобиани А.Н Шейнкман М.К. Физика Соединений А2В6. М. Наука. 1986. 76. Голубева Н.П Фок М.В. Кислород в активаторных центрах сульфида цинка ЖПС. 1985. Т. XLIII. Вып. 5. С. 793-798 77. Медведев С. А. Физика и химия соединений А2В6. М. Мир, 1970. 525 с. 78. Королько Б.Н. Электронные и дырочные энергетические переходы при инфракрасной электролюминесценции соединений AnBVI Обзор литературы по хозтеме 3-76-17. Киев, 1976. 103 с. 79. Борисенко Н.Д Буланый М.Ф Кождеспиров Ф.Ф Полежаев Б.А. Свойства центров свечения в монокристаллах сульфида цинка с примесью марганца. ЖПС. 1991. Т. 55. Вып. 3. С. 452 - 456.