Elektroluminescensstrålning. Fysik för p-n-övergångsinjektion

Luminescens exciteras av ett elektriskt fält

Animation

Beskrivning

Elektroluminescens är luminescens som exciteras av ett elektriskt fält. Observeras i gaser och fasta ämnen. Med elektroluminescens går atomer (molekyler) av ett ämne in i ett exciterat tillstånd som ett resultat av förekomsten av någon form av elektrisk urladdning i det. Av de olika typerna av elektroluminescens av fasta ämnen är de viktigaste injektion och förnedbrytning. Injektionselektroluminescens är karakteristisk för p-n-övergångar i vissa halvledare, till exempel SiC eller GaP, i ett konstant elektriskt fält påslaget i transmissionsriktningen. Överskott av hål injiceras i n-regionen och elektroner i p-regionen (eller båda i det tunna lagret mellan p- och n-regionerna). Glöd uppstår när elektroner och hål rekombinerar i p-n-skiktet.

Elektroluminescens före nedbrytning observeras till exempel i pulveriserat ZnS, aktiverat av Cu, Al, etc., placerat i ett dielektrikum mellan plattorna på en kondensator, till vilken en alternerande ljudfrekvensspänning appliceras. Vid maximal spänning på kondensatorplattorna sker processer nära elektriskt genombrott i fosforn: ett starkt elektriskt fält koncentreras vid kanterna på fosforpartiklarna, vilket accelererar fria elektroner. Dessa elektroner kan jonisera atomer; de resulterande hålen fångas upp av luminescenscentra, vid vilka elektroner rekombinerar när fältets riktning ändras.

Timing egenskaper

Initieringstid (logga till -3 till -1);

Livstid (log tc från -1 till 9);

Nedbrytningstid (log td från -6 till -3);

Tid för optimal utveckling (log tk från 0 till 6).

Diagram:

Tekniska implementeringar av effekten

Alternativ 1:

I verkligheten är det en vanlig nätsondsskruvmejsel, som sätts in i eluttaget för att kontrollera närvaron av spänning.

Elektroluminescens i en gasindikator

Ris. 1

Beteckningar:

3 - lysrör av godtycklig form;

Alternativ 2: Fast tillståndsimplementering av elektroluminescens i en p-n-halvledare

I verkligheten - en standard LED som används för ljusindikation för att slå på i moderna elektroniska hushållsapparater.

Fast tillståndsimplementering av elektroluminescens i en p-n-övergång

Ris. 2

Beteckningar:

3 - pn-korsning;

4 - fluorescerande strålningsflöde;

U är spänningen för den alternerande EMF.

Tillämpa en effekt

Det observeras i halvledarämnen och kristallfosfor, vars atomer (eller molekyler) övergår i ett exciterat tillstånd under påverkan av en passerad elektrisk ström eller ett pålagt elektriskt fält.

Mekanism

Elektroluminescens är resultatet av strålningsrekombination av elektroner och hål i en halvledare. Exciterade elektroner frigör sin energi i form av fotoner. Före rekombination separeras elektroner och hål antingen genom att aktivera materialet för att bilda en pn-övergång (i halvledar-EL-belysningsapparater som LED) eller genom excitation av högenergielektroner (de senare accelererade av ett starkt elektriskt fält) i kristallfosfor av EL paneler.

Elektroluminescerande material

Typiskt produceras elektroluminiscerande paneler i form av tunna filmer av organiska eller oorganiska material. Vid användning av kristallfosfor bestäms glödens färg av föroreningen - aktivatorn. Strukturellt är den elektroluminescerande panelen en platt kondensator. Elektroluminiscerande paneler kräver en ganska hög spänningsmatning (60 - 600 volt); För detta ändamål är som regel en spänningsomvandlare inbyggd i enheten med elektroluminescerande bakgrundsbelysning.

Exempel på elektroluminescerande tunnfilmsmaterial:

• Pulveriserad zinksulfid aktiverad med koppar eller silver (blågrönt sken);
• Zinksulfid aktiverad med mangan - gul-orange glöd;
• III-V halvledare InP, GaAs, GaN (LED).

Ansökan

Elektroluminiscerande belysningsanordningar (paneler, ledningar, etc.) används i stor utsträckning inom konsumentelektronik och ljusteknik, särskilt för bakgrundsbelysning av flytande kristallskärmar, bakgrundsbelysning av instrumentvågar och filmtangentbord, dekorativ design av byggnader och landskap, etc.

Elektroluminiscerande grafiska och karaktärssyntetiserande displayer produceras för militära och industriella tillämpningar. Dessa displayer kännetecknas av hög bildkvalitet och relativt låg känslighet för temperaturförhållanden.

Skriv en recension om artikeln "Elektroluminescens"

Litteratur

• Gershun A.L.// Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron: i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St. Petersburg. 1890-1907.

Länkar

• (otillgänglig länk - berättelse , kopiera)

Ett utdrag som kännetecknar elektroluminescens

Ukrainas ministerium för högre utbildning

Ukrainas nationella tekniska universitet

"Kiev Polytechnic Institute"

Abstrakt om ämnet:

Luminescens

elektroluminescens

Genomförd av: 2:a årsstudent

PSF PM-91 Milokosty A.A.

Kontrollerad av: Nikitin A.K.

Planen:

1. Inledning__________________________________________________________3

2. Klassificering av luminescensfenomen_______4

3. Typer av luminescens_________________________________5

4. Fysiska egenskaper hos luminescens___7

5. Luminescenskinetik____________________7

6. Självlysande ämnen__________________9

7. Forskningsmetoder_______________________11

8. Luminoforer________________________________11

9. Lista över använd litteratur__________14

Introduktion

Luminescens är strålning som är ett överskott över den termiska strålningen från en kropp vid en given temperatur och har en varaktighet som är betydligt längre än ljusvågornas period. Den första delen av denna definition föreslogs av E. Widoman och skiljer luminescens från termisk jämviktsstrålning. Den andra delen - ett tecken på varaktighet - introducerades av S.I. Vavilov för att separera luminescens från andra fenomen av sekundär luminescens - reflektion och spridning av ljus, såväl som från stimulerad emission, bremsstrahlung av laddade partiklar.

För uppkomsten av luminescens krävs därför någon energikälla, som skiljer sig från den inre jämviktsenergin hos en given kropp, motsvarande dess temperatur. För att upprätthålla stationär luminescens måste denna källa vara extern. Icke-stationär luminescens kan inträffa under övergången av en kropp till ett jämviktstillstånd efter preliminär excitation (luminescensavklingning). Som följer av själva definitionen hänvisar begreppet luminescens inte till individuella emitterande atomer eller molekyler, utan också till deras aggregat - kroppar. De elementära handlingarna av excitation av molekyler och emission av ljus kan vara desamma i fallet med termisk strålning och luminescens. Skillnaden ligger bara i det relativa antalet vissa energiövergångar. Av definitionen av luminescens följer också att detta koncept endast är tillämpligt på kroppar med en viss temperatur. Vid en stark avvikelse från termisk jämvikt är det ingen mening att tala om temperaturjämvikt eller luminescens.

Varaktighetsfunktionen är av stor praktisk betydelse och gör det möjligt att skilja luminescens från andra icke-jämviktsprocesser. I synnerhet spelade han en viktig roll i historien om upptäckten av Vavilov-Cherenkov-fenomenet, vilket gjorde det möjligt att fastställa att den observerade glöden inte kan tillskrivas luminescens. Frågan om den teoretiska motiveringen av Vavilov-kriteriet övervägdes av B.I. Stepanov och B. A. Afanasevich. Enligt dem, för klassificeringen av sekundär luminescens, är förekomsten eller frånvaron av mellanliggande processer mellan absorptionen av energi som exciterar luminescens och emissionen av sekundär luminescens (till exempel övergångar mellan elektroniska nivåer, förändringar i vibrationsenergi, etc.) Av stor betydelse. Sådana mellanliggande processer är karakteristiska för luminescens (i synnerhet inträffar de under icke-optisk excitation av luminescens).

Klassificering av luminescensfenomen

Baserat på typen av excitation särskiljs de: jonoluminescens, candoluminescens, katodoluminescens, radioluminescens, röntgenluminescens, elektroluminescens, fotoluminescens, kemiluminescens, triboluminescens. Baserat på luminescensens varaktighet skiljer man mellan fluorescens (kort glöd) och fosforescens (lång glöd). Nu har dessa begrepp bara behållit en villkorlig och kvalitativ betydelse, eftersom det är omöjligt att ange några gränser mellan dem. Ibland förstås fluorescens som spontan luminescens, och fosforescens förstås som stimulerad luminescens (se nedan).

Den mest rationella klassificeringen av luminescensfenomen, baserad på egenskaperna hos mekanismen för elementära processer, föreslogs först av Vavilov, som skiljde mellan spontana, forcerade ocher. Därefter isolerades också resistiv luminescens.

Typer av luminescens

1) Resonant luminescens(kallas oftare resonansfluorescens ) observeras i atomära ångor (kvicksilver, natrium, etc.) i vissa enkla molekyler och ibland i mer komplexa system. Emissionen är spontan till sin natur och sker från samma energinivå som uppnås genom att absorbera energin från det spännande ljuset. När ångdensiteten ökar, omvandlas resonansluminescens till resonansspridning.

I alla fall bör denna typ av glöd inte klassificeras som luminescens och bör kallas resonansspridning.

2) Spontan luminescens innebär en övergång (strålande eller, oftare, icke-strålande) till den energinivå från vilken strålning uppstår. Denna typ av luminescens är karakteristisk för komplexa molekyler i ångor och lösningar, och för föroreningscentra i fasta ämnen. Ett specialfall är luminescens orsakad av övergångar från excitontillstånd.

3) Metastabil eller stimulerad luminescens kännetecknad av en övergång till en metastabil nivå som sker efter energiabsorption och en efterföljande övergång till strålningsnivån som ett resultat av kommunikationen av vibrationsenergi (på grund av kroppens inre energi) eller ett extra ljuskvantum, till exempel, infraröd. Ett exempel på denna typ av luminescens är fosforescensen av organiska ämnen, där den lägre triplettnivån av organiska molekyler är metastabil. I detta fall observeras i många fall två band av luminescensvaraktighet: långvåglängd, motsvarande den spontana övergången T-S 0 och därefter (långsam fluorescens eller β-band), och kortvåglängd, som sammanfaller i spektrumet med fluorescens och motsvarande den påtvingade övergången T-S 1 och sedan spontan övergång s 1 - s 0 (fosforescens eller α-band).

4) Rekombinationsluminescens uppstår som ett resultat av återföreningen av partiklar som separeras under absorptionen av exciterande energi. I gaser kan rekombination av radikaler eller joner förekomma, vilket resulterar i en molekyl i ett exciterat tillstånd. Den efterföljande övergången till grundtillståndet kan åtföljas av luminescens. I kristallina fasta ämnen uppstår rekombinationsluminescens som ett resultat av uppkomsten av icke-jämviktsladdningsbärare (elektroner eller hål) under påverkan av någon energikälla. Man skiljer på rekombinationsluminescens under zon-zonövergångar och luminescens av defekt- eller föroreningscentra (den s.k. luminescenscentra). I alla fall kan luminiscensprocessen involvera infångning av bärare vid fällor med efterföljande frigöring av dem med termiska eller optiska medel, dvs. innefatta en elementär process som är karakteristisk för metastabil luminescens. I fallet med luminescens av centra består rekombination av infångning av hål till centrumnivån och elektroner till den exciterade nivån. Emission uppstår som ett resultat av övergången av centrum från det exciterade tillståndet till grundtillståndet. Rekombinationsluminescens observeras i kristallfosfor och typiska halvledare, såsom germanium och kisel. Oavsett mekanismen för den elementära processen som leder till luminescens, sker emission i slutändan genom en spontan övergång från ett energitillstånd till ett annat. Om denna övergång tillåts uppstår dipolstrålning. Vid förbjudna övergångar kan strålningen motsvara både en elektrisk och magnetisk dipol, en elektrisk kvadrupol osv.

Fysiska egenskaper hos luminescens

Liksom all strålning kännetecknas luminescens av ett spektrum (spektraltäthet av strålningsflödet) och polarisationstillståndet. Studiet av luminescensspektra och de faktorer som påverkar dem är en del av spektroskopi.

Tillsammans med dessa allmänna egenskaper finns det specifika för luminescens. Luminescensintensitet i sig är sällan av intresse. Istället introduceras förhållandet mellan emitterad och absorberad energi, kallad luminescensutgång. I de flesta fall bestäms uteffekten under stationära förhållanden som förhållandet mellan emitterad och absorberad effekt. Vid fotoluminescens introduceras begreppet kvantutbyte och spektrumet för utbytet beaktas, d.v.s. beroendet av utsignalen på frekvensen av det exciterande ljuset och polarisationsspektrumet - beroendet av graden av polarisation på frekvensen av det exciterande ljuset. Dessutom kännetecknas luminescenspolarisering av polarisationsdiagram, vars utseende är associerat med orienteringen och multipolariteten hos elementära emitterande och absorberande system.

Luminescenskinetik särskilt utseendet på tillväxtkurvan efter att exciteringen har aktiverats och luminescensavklingningskurvan efter att den stängts av, och kinetikens beroende av olika faktorer: temperatur, intensiteten hos den exciterande källan, etc., fungerar som viktiga egenskaper hos luminescens. Luminescenskinetiken beror starkt på typen av elementär process, även om den inte bestäms unikt av den. Förfallet av spontan luminescens med ett kvantutbyte nära enhet sker alltid enligt den exponentiella lagen: I(t)=I 0 exp(-l/τ), där τ kännetecknar medellivslängden för det exciterade tillståndet, d.v.s. är lika med sannolikhetens reciproka En spontan övergång per tidsenhet. Men om kvantutbytet av luminescens är mindre än enhet, dvs. luminescensen är delvis släckt, så bevaras den exponentiella sönderfallslagen endast i det enklaste fallet, när släckningssannolikheten Q är konstant. I detta fall är τ=1/(A+Q), och kvantutbytet η=A/(A+Q), där Q är sannolikheten för en icke-strålningsövergång. Men Q beror ofta på tiden som förflutit från ögonblicket för excitation av en given molekyl, och då blir lagen om luminescensavklingning mer komplex. Kinetiken för stimulerad luminescens i fallet med en metastabil nivå bestäms av summan av två exponentialer.

Luminescens är emissionen av ljus från vissa material när de är relativt kalla. Det skiljer sig från strålningen från heta kroppar, såsom kol, smält järn och tråd som värms upp av elektrisk ström. Luminescensemission observeras:

• i neon- och lysrörslampor, tv-apparater, radar och lysrörsskärmar;
• i organiska ämnen som luminol eller luciferin i eldflugor;
• i vissa pigment som används i utomhusreklam;
• med blixtar och norrsken.

I alla dessa fenomen uppstår inte ljusemissionen vid uppvärmning av materialet över rumstemperatur, varför det kallas kallt ljus. Det praktiska värdet av självlysande material ligger i deras förmåga att omvandla osynliga former av energi till

Källor och process

Fenomenet luminescens uppstår som ett resultat av absorption av energi av ett material, till exempel från en källa för ultraviolett eller röntgenstrålning, elektronstrålar, kemiska reaktioner etc. Detta gör att ämnets atomer exciteras. Eftersom det är instabilt återgår materialet till sitt ursprungliga tillstånd och den absorberade energin frigörs i form av ljus och/eller värme. Endast de yttre elektronerna är involverade i processen. Luminescensens effektivitet beror på graden av omvandling av excitationsenergi till ljus. Antalet material med tillräcklig effektivitet för praktisk användning är relativt litet.

Luminescens och glödande

Excitationen av luminescens är inte associerad med exciteringen av atomer. När heta material börjar glöda som ett resultat av glödande, är deras atomer i ett upphetsat tillstånd. Även om de vibrerar redan vid rumstemperatur räcker detta för att strålningen ska uppstå i det avlägsna infraröda området av spektrumet. Med ökande temperatur skiftar frekvensen av elektromagnetisk strålning till det synliga området. Å andra sidan, vid mycket höga temperaturer, som de som skapas i stötrör, kan kollisionerna mellan atomer vara så starka att elektroner separeras från dem och rekombinerar och avger ljus. I det här fallet blir luminescens och glödlampa omöjliga att skilja.

Självlysande pigment och färgämnen

Konventionella pigment och färgämnen har färg eftersom de reflekterar den del av spektrumet som är komplementär till den absorberade delen. En liten del av energin omvandlas till värme, men ingen märkbar strålning sker. Om däremot ett självlysande pigment absorberar dagsljus i en viss del av spektrumet kan det emittera fotoner som skiljer sig från de som reflekteras. Detta sker som ett resultat av processer i färgämnet eller pigmentmolekylen genom vilka ultraviolett ljus kan omvandlas till synligt ljus, såsom blått ljus. Sådana luminescensmetoder används i utomhusreklam och i tvättmedel. I det senare fallet förblir "ljusmedlet" i tyget inte bara för att reflektera vitt, utan också för att omvandla ultraviolett strålning till blått, vilket kompenserar för gulhet och förstärker vitheten.

Tidig forskning

Även om blixtar, norrsken och det svaga skenet från eldflugor och svampar alltid har varit kända för mänskligheten, började de första studierna av luminescens med ett syntetiskt material när Vincenzo Cascariolo, en alkemist och skomakare från Bologna, Italien, värmde upp en blandning av barium sulfat (i form av baryt, tung spar) med kol. När pulvret väl svalnat avgav det ett blåaktigt sken på natten, och Cascariolo noterade att detta kunde återställas genom att utsätta pulvret för solljus. Ämnet kallades lapis solaris, eller solsten, eftersom alkemisterna hoppades att det skulle kunna omvandla metaller till guld, symboliserat av solen. Efterglöden väckte intresset hos många forskare från perioden, som gav materialet andra namn, inklusive "fosfor", som betyder "ljusbärare".

Idag används namnet "fosfor" endast för det kemiska elementet, medan mikrokristallina självlysande material kallas fosfor. Cascariolos "fosfor" var tydligen bariumsulfid. Den första kommersiellt tillgängliga fosforn (1870) var "Balmain paint" - en lösning av kalciumsulfid. 1866 beskrevs den första stabila fosforn från zinksulfid - en av de viktigaste inom modern teknik.

En av de första vetenskapliga studierna av luminescens, som sett i ruttnande trä eller kött och hos eldflugor, utfördes 1672 av den engelske vetenskapsmannen Robert Boyle, som, även om han inte var medveten om det biokemiska ursprunget för detta ljus, ändå etablerade några av de grundläggande egenskaper hos bioluminiscerande system:

• skenet är kallt;
• det kan undertryckas av kemiska medel som alkohol, saltsyra och ammoniak;
• strålning kräver tillgång till luft.

Åren 1885-1887 observerades det att råextrakt erhållet från västindiska eldflugor och foladamollusker producerade ljus när de blandades.

De första effektiva kemiluminescerande materialen var icke-biologiska syntetiska föreningar som luminol, upptäckte 1928.

Kemi- och bioluminescens

Det mesta av energin som frigörs vid kemiska reaktioner, särskilt oxidationsreaktioner, är i form av värme. I vissa reaktioner används dock en del av det för att excitera elektroner till högre nivåer, och i fluorescerande molekyler innan kemiluminescens (CL) inträffar. Forskning visar att CL är ett universellt fenomen, även om luminescensintensiteten kan vara så låg att användning av känsliga detektorer krävs. Det finns dock några föreningar som uppvisar ljus CL. Den mest kända av dessa är luminol, som när den oxideras med väteperoxid kan ge ett starkt blått eller blågrönt ljus. Andra starka CL-ämnen är lucigenin och lofin. Trots ljusstyrkan hos deras CL är inte alla av dem effektiva för att omvandla kemisk energi till ljus, eftersom mindre än 1% av molekylerna avger ljus. På 1960-talet upptäcktes att oxalsyraestrar oxiderade i vattenfria lösningsmedel i närvaro av högfluorescerande aromatiska föreningar avger starkt ljus med en verkningsgrad på upp till 23 %.

Bioluminescens är en speciell typ av enzymkatalyserad CL. Luminescensutbytet av sådana reaktioner kan nå 100 %, vilket innebär att varje molekyl av det reagerande luciferinet går in i ett emitterande tillstånd. Alla bioluminescerande reaktioner som är kända idag katalyseras av oxidationsreaktioner som sker i närvaro av luft.

Termiskt stimulerad luminescens

Termoluminescens betyder inte temperaturstrålning, utan förbättring av ljusstrålning från material vars elektroner exciteras av värme. Termiskt stimulerad luminescens observeras i vissa mineraler och främst i kristallfosfor efter att de har exciterats av ljus.

Fotoluminescens

Fotoluminescens, som produceras av elektromagnetisk strålning som faller in på ett ämne, kan produceras från synligt ljus via ultraviolett till röntgenstrålar och gammastrålar. Vid fotoninducerad luminescens är våglängden för det emitterade ljuset typiskt lika med eller större än den exciterande våglängden (dvs lika med eller mindre energi). Denna skillnad i våglängd orsakas av omvandlingen av inkommande energi till vibrationer av atomer eller joner. Ibland, när laserstrålen är intensivt exponerad, kan det emitterade ljuset ha en kortare våglängd.

Att PL kan exciteras av ultraviolett strålning upptäcktes av den tyske fysikern Johann Ritter 1801. Han märkte att fosfor glödde starkt i det osynliga området bortom den violetta delen av spektrumet, och upptäckte därmed UV-strålning. Omvandlingen av UV till synligt ljus är av stor praktisk betydelse.

Vid högt tryck ökar frekvensen. Spektrana består inte längre av en enda spektrallinje vid 254 nm, utan emissionsenergin fördelas över spektrallinjer motsvarande olika elektroniska nivåer: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 och 578 nm. Högtryckskvicksilverlampor används för belysning, eftersom 405-546 nm motsvarar synligt blågrönt ljus, och när en del av strålningen omvandlas till rött ljus med hjälp av en fosfor blir resultatet vitt.

När gasmolekyler exciteras visar deras luminescensspektra breda band; inte bara höjs elektronerna till högre energinivåer, utan atomernas vibrations- och rotationsrörelser som helhet exciteras samtidigt. Detta händer eftersom vibrations- och rotationsenergierna hos molekyler är 10 -2 och 10 -4 av övergångsenergierna, som, när de läggs till, bildar många lite olika våglängder som utgör ett band. I större molekyler finns flera överlappande band, ett för varje typ av övergång. Emissionen av molekyler i en lösning är övervägande bandliknande, vilket orsakas av interaktionen av ett relativt stort antal exciterade molekyler med lösningsmedelsmolekyler. I molekyler, som i atomer, deltar de yttre elektronerna i molekylära orbitaler i luminescens.

Fluorescens och fosforescens

Dessa termer kan särskiljas inte bara baserat på glödens varaktighet, utan också på metoden för dess produktion. När en elektron exciteras till ett singletttillstånd med en uppehållstid på 10 -8 s, varifrån den lätt kan återgå till grundtillståndet, avger ämnet sin energi i form av fluorescens. Under övergången ändras inte snurran. Marktillstånden och de exciterade tillstånden har en liknande mångfald.

En elektron kan emellertid höjas till en högre energinivå (kallas ett "exciterat tripletttillstånd") genom att vända dess spin. Inom kvantmekaniken är övergångar från tripletttillstånd till singletttillstånd förbjudna, och därför är deras livslängd mycket längre. Därför har luminescens i detta fall en mycket längre varaktighet: fosforescens observeras.

Elektroluminescens är emission av ljus under påverkan av ett elektriskt fält eller strömmande. När ett elektriskt fält appliceras på en halvledare (kallad fosfor), inträffar stötjonisering av atomer av elektroner på grund av det elektriska fältet, såväl som emissionen av elektroner från infångningscentret. Som ett resultat kommer koncentrationen av fria bärare att överstiga jämviktsnivån och halvledaren kommer att vara i ett exciterat tillstånd, dvs. i ett tillstånd där dess inre energi överstiger jämvikten vid en given temperatur.

Enheten för en elektroluminescerande emitter (kondensator): ett tunt lager (upp till 20 mikron) av en halvledare (zinksulfid) sprutas på en metallbas och ett tunt lager av metall, transparent för synligt ljus, appliceras ovanpå Det. När en källa (konstant eller variabel) är ansluten till metallskikt uppstår ett grönblått sken, vars ljusstyrka är proportionell mot källans U-värde. Om fosforn innehåller zinkselenid kan man få ett vitt, gult eller orange sken.

Brister:

Låg prestanda;

Instabil parameter;

Låg ljusstyrka;

Liten resurs.

Elektroluminescens observeras också i halvledardioder när ström flyter genom dioden, när den är direkt ansluten. I det här fallet rör sig elektroner från n-regionen till p-regionen och där rekombinerar de med hål. Beroende på bandgapet har fotoner frekvenser i den synliga eller osynliga delen av ljusspektrat, gjorda av kisel, och avger osynligt infrarött ljus.

För lysdioder används material med ett bandgap från 1,6 eV till 3,1 eV (detta är rött och violett) och används därför i stor utsträckning för att skapa digitala indikatorer, optokopplare och lasrar.

Fördel:

Tillverkningsbarhet;

Hög prestanda;

Lång livslängd;

Pålitlighet;

Mikrominiatyrisering;

Hög monokromatisk strålning.

Genom design är lysdioder indelade i: injektion, halvledarlasrar, superluminescerande (upptar mellanvärden och används i fiberoptiska linjer), med kontrollerad glödfärg.

ZSI– teckensyntetiserande indikatorer, där bilden erhålls med hjälp av en mosaik på oberoende styrda "elektriska signal-till-ljus"-omvandlare.

ZSI använder den glöd som uppstår i fosfor placerad i ett starkt elektriskt fält. Strukturellt representerar de en grupp kondensatorer, där en av plattorna är transparent och den andra inte är genomskinlig.

När källan är ansluten till plattorna börjar fosforn att glöda.

Om den genomskinliga elektroden är gjord av en eller annan form, kommer glödzonen att upprepa formen. Färgen på sektionen beror på sammansättningen av fosforn. Används i displayer.

Ljusstyrkan på glöden beror på U-värdet och frekvensen: U=160-250V, f=300-4000Hz.

Strömförbrukningen är hundradelar till tiondels watt, ljusstyrkan är 20-65 cd/m2.

Katodoluminescens. När gas avlägsnas från kolven (vid ett tryck på ≈ 1,3 Pa) försvagas gasens glöd och kolvens väggar börjar glöda. Varför? Elektroner som slagits ut ur katoden av positiva joner, vid en sådan urladdning, kolliderar sällan med gasmolekyler och träffar därför, accelererade av fältet, glaset, vilket orsakar dess glöd, den så kallade katodoluminescensen, och flödet av elektroner kallas katod strålar.

Lågspänningsvakuumluminescens. Verkningsmekanismen skiljer sig inte från högspänning och är av rådgivande karaktär.

Kärnan är att fosforn bombarderas med elektroner, som exciterar fosforn och leder till en kränkning av termodynamisk jämvikt. Elektroner dyker upp vars energi är större än energin för ledningsbandet, och hål uppstår med en energi som är mindre än valensbandets tak. På grund av instabiliteten i icke-jämviktstillståndet börjar rekombinationsprocessen med emission av fotoner från katoderna, som åtföljs av strålning.

Om rekombination utförs genom en fälla, kan bärarna efter en tid återvända till sina platser, vilket ökar efterglöden.

Lågspänningsluminescens kännetecknas av:

Typ av fosfor;

Djupet av penetration av bombarderande elektroner i kristallen;

Lågspänningsspänning används (enheter till tiotals volt);

Används i vakuum ZSI;

Filamentspänning = 5V;

Ua = (20-70)V;

Anodströmsegment (1-3) mA.

Fördelar med vakuum ZSI:

Hög ljusstyrka;

Flerfärgad;

Minsta energiförbrukning;

Fantastisk prestation.

Nackdelar: det är nödvändigt att ha tre kraftkällor, strukturens bräcklighet.

Testfrågor för ämne 2:

1 Begreppet polarisering.

2 typer av polarisering.

3 Vad bestämmer den elektriska ledningsförmågan hos ett dielektrikum?

4 Ange typer av elektriska haverier.

5 Ange egenskaperna hos ferroelektrik.

6 Piezoelektrisk effekt och dess tillämpning.

7 Ange typerna av gasutsläpp och deras egenskaper.

8 Egenskaper för elektroluminescens och katodoluminescens.