- •Люминесценция полупроводников
- •Оглавление
- •1. Кинетики затухания фотолюминесценции 7
- •2. Термостимулированная люминесценция 12
- •3. Излучательная рекомбинация в р-n-переходах и характеристики светодиодов 20
- •1. Кинетики затухания фотолюминесценции
- •1.1.Зонная схема кристаллофосфора и закон затухания люминесценции.
- •1.2.Методика эксперимента.
- •1.3. Порядок выполнения работы и задание.
- •Лабораторная работа № 2
- •2. Термостимулированная люминесценция
- •2.1.Схема электронно-дырочных переходов.
- •2.2. Спектр термостимулированной люминесценции.
- •2.3.Методика измерения спектров тсл.
- •2.4.Методика определения энергии активации ловушек и расчет спектров тсл.
- •2.5. Порядок выполнения работы и задание.
- •3. Излучательная рекомбинация в р-n-переходах и характеристики светодиодов
- •3.1.Основные характеристики инжекционной электролюминесценции
- •3.2.Внешний квантовый выход и коэффициент полезного действия светодиодов.
- •3.3. Методика расчета количественных характеристик.
- •3.4. Методика измерений.
- •3.5.Порядок выполнения работы и задание.
- •Литература
1. Кинетики затухания фотолюминесценции
Рассмотрим кинетику затухания люминесценции в отсутствие тушения. В этом случае предполагается, что переходы локализованных носителей с центров свечения в ближайшую зону не существенны.
1.1.Зонная схема кристаллофосфора и закон затухания люминесценции.
Рассмотрим простейшую модель кристаллофосфора, содержащую центры свечения и ловушки одного сорта (Рис.1).
На стадии затухания люминесценция обусловлена термическими переходами 1 электронов с уровней ловушек (Т) в зону проводимости и их последующей излучательной рекомбинацией (переход 2) с дырками, ранее запасенными на центрах свечения (R). Наряду с рекомбинацией возможен также повторный захват электронов на ловушки (переход 3).
Рассмотрим уравнения кинетики затухания с учетом указанных процессов (переходов 1-3). В отсутствие тушения уменьшение концентрации дырок на центрах свечения равно скорости излучательной рекомбинации, т.е.
, (1.1)
где: -коэффициент рекомбинации, n -концентрация свободных электронов, pr -концентрация дырок на центрах свечения. Изменение концентрации электронов на ловушках
, (1.2)
где: nt - концентрация электронов на ловушках, t - коэффициент захвата электронов на ловушки, Nt - концентрация ловушек, Wt - вероятность термического высвобождения электронов с ловушек.
Уравнение электронейтральности с учетом различия времен жизни свободных и локализованных носителей, имеет вид
. (1.3)
Приравняв правые части (1.1) и (1.2), получим соотношение для концентрации свободных электронов:
. (1.4)
Как показывает опыт, на начальных стадиях затухания люминесценции вероятность рекомбинации свободных электронов больше вероятности их повторного захвата на ловушки, т.е. . Соответствующую этому условию кинетику называют линейной. С учетом уравнений (1.3) и (1,4) соотношение (1.1) для области линейной кинетики примет вид
. (1.5)
Отсюда концентрация дырок на центрах свечения
, (1.6)
где: pro -концентрация дырок на центрах свечения при стационарном возбуждении. Как следует из (1.1), интенсивность люминесценции пропорциональна изменению концентрации дырок на центрах свечения: . С учетом (1.6), получим закон затухания люминесценции в приближении линейной кинетики:
, (1.7)
где: - интенсивность стационарной люминесценции. Поскольку является функцией Больцмана, т.е.
, (1.8)
где: Wo -постоянная величина, Et -энергетическая глубина залегания уровней ловушек, то уравнение (1.7) может быть записано в виде
. (1.9)
Исходя из (1.9), для двух значений температур Тi и Тj можно записать систему уравнений
. (1.10)
Решая их относительно Еt, находим
. (1.11)
Таким образом, измеряя зависимости I(t) при двух различных температурах фосфора и определив соответствующие значения , можно рассчитать величину Еt. Следует иметь в виду, что значения величин в уравнении (1.10) определяются для заданного значения времени спада t = to из области линейной кинетики люминесценции.
Определив Et можно рассчитать постоянную Wo:
, (1.12)
а затем и величину Wt при температуре измерения.