Електролюмінесценція випромінювання. Фізика інжекції p-n переходу

Люмінесценція, збуджена електричним полем

Анімація

Опис

Електролюмінесценція – це люмінесценція, що збуджується електричним полем. Спостерігається у газах та твердих тілах. При електролюмінесценції атоми (молекули) речовини переходять у збуджений стан внаслідок виникнення у ньому будь-якої форми електричного розряду. З різних типів електролюмінесценції твердих тіл найбільш важливі інжекційна та передпробійна. Інжекційна електролюмінесценція характерна для р-n - переходу в деяких напівпровідниках, наприклад Si Si або GaP, в постійному електричному полі, включеному в пропускному напрямку. У n - область інжектуються надлишкові дірки, а в р -область - електрони (або ті та інші в тонкий шар між р-і n-областями). Світлення виникає при рекомбінації електронів і дірок у р-n шарі.

Передпробійна електролюмінесценція спостерігається, наприклад, порошкоподібному ZnS, активованому Cu, Al та ін. поміщеному в діелектрик між обкладками конденсатора, на який подається змінна напруга звукової частоти. При максимальній напрузі на обкладках конденсатора в люмінофорі відбуваються процеси, близькі до електричного пробою: на краях частинок люмінофора концентрується сильне електричне поле, яке прискорює вільні електрони. Ці електрони можуть іонізувати атоми; дірки, що утворилися, захоплюються центрами люмінесценції, на яких рекомбінують електрони при зміні напрямку поля.

Тимчасові характеристики

час ініціації (log to від -3 до -1);

час існування (log tc від -1 до 9);

Час деградації (log td від -6 до -3);

Час оптимального прояву (log tk від 0 до 6).

Діаграма:

Технічні реалізації ефекту

Варіант 1:

Реально - звичайна мережева викрутка-пробник, що вставляється в гніздо розетки для перевірки наявності напруги.

Електролюмінесценція в газоіндикаторі

Рис. 1

Позначення:

3 – люмінесцентна трубка довільної форми;

Варіант 2: Твердотільна реалізація в p-n напівпровіднику електролюмінесценції

Реально – стандартний світлодіод, який використовується для світлової індикації включення у сучасних електронних побутових приладах.

Твердотільна реалізація в p-n переході електролюмінесценції

Рис. 2

Позначення:

3 – p-n перехід;

4 - потік люмінесцентного випромінювання;

U – напруга змінної ЕРС.

Застосування ефекту

Спостерігається в речовинах-напівпровідниках і кристалофосфорах, атоми (або молекули) яких переходять у збуджений стан під впливом пропущеного електричного струму або прикладеного електричного поля.

Механізм

Електролюмінесценція - результат випромінювальної рекомбінації електронів та дірок у напівпровіднику. Порушені електрони віддають свою енергію у вигляді фотонів. До рекомбінації електрони і дірки поділяються за допомогою активації матеріалу для формування p-n переходу (у напівпровідникових електролюмінесцентних освітлювачах, таких як світлодіод) - або шляхом збудження високоенергетичними електронами (останні прискорюються сильним електричним полем) - в кристалофосфорах електролюмінесцентних панелей.

Електролюмінесцентні матеріали

Зазвичай електролюмінесцентні панелі випускаються як тонких плівок з органічних чи неорганічних матеріалів. У разі застосування кристалофосфорів колір свічення визначається домішкою - активатором. Конструктивно електролюмінесцентна панель є плоским конденсатором. Електролюмінесцентні панелі вимагають подачі досить високої напруги (60 – 600 вольт); для цього, як правило, пристрій з електролюмінесцентним підсвічуванням вбудовується перетворювач напруги .

Приклади тонкоплівкових електролюмінесцентних матеріалів:

• Порошкоподібний сульфід цинку, активований міддю або сріблом (синьо-зелене свічення);
• Сульфід цинку, активований марганцем-жовто-оранжеве свічення;
• Напівпровідники III-V InP, GaAs, GaN (світлодіоди).

Застосування

Електролюмінесцентні освітлювачі (панелі, проводи і т.д.) широко використовуються в побутовій електроніці та світлотехніці, зокрема - для підсвічування рідкокристалічних дисплеїв, підсвічування шкал приладів та плівкових клавіатур, декоративного оформлення будівель та ландшафту та ін.

Для військових та промислових застосувань випускаються електролюмінесцентні графічні та знакосинтезуючі дисплеї. Ці дисплеї відрізняються високою якістю зображення та низькою чутливістю до температурних режимів.

Напишіть відгук про статтю "Електролюмінесценція"

Література

• Гершун А. Л.,.// Енциклопедичний словник Брокгауза та Єфрона: в 86 т. (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.

Посилання

• (недоступне посилання - історія , копія)

Уривок, що характеризує електролюмінесценцію

Міністерство вищої освіти України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Реферат на тему:

Люмінесценція

електролюмінесценція

Виконав: студент ІІ-го курсу

ПСФ ПМ-91 Милокостий А. А.

Перевірив: Нікітін А. К.

План:

1. Введення__________________________________3

2. Класифікація явищ люмінесценції

3. Види люмінесценції________________________5

4. Фізичні характеристики люмінесценції___7

5. Кінетика люмінесценції____________________7

6. Люмінесцентні речовини__________________9

7. Методи дослідження_______________________11

8. Люмінофори________________________________11

9. Список використаної літератури__________14

Вступ

Люмінесценція - випромінювання, що є надлишок над тепловим випромінюванням тіла при даній температурі і має тривалість, що значно перевищує період світлових хвиль. Перша частина цього визначення запропонована Е. Відоманом та відокремлює люмінесценцію від рівноважного теплового випромінювання. Друга частина - ознака тривалості - введена С. І. Вавіловим для того, щоб відокремити люмінесценцію від інших явищ вторинного світіння - відбиття та розсіювання світла, а також від вимушеного випромінювання, гальмівного випромінювання заряджених частинок.

Для виникнення люмінесценції потрібно, отже, якесь джерело енергії, відмінне від рівноважної внутрішньої енергії даного тіла, що відповідає його температурі. Для підтримки стаціонарної люмінесценції це джерело має бути зовнішнім. Нестаціонарна люмінесценція може відбуватися під час переходу тіла до рівноважного стану після попереднього збудження (загасання люмінесценції). Як випливає із самого визначення, поняття люмінесценції відноситься не до окремих випромінюючих атомів або молекул, а і до їх сукупностей - тіл. Елементарні акти збудження молекул та випромінювання світла можуть бути однаковими у разі теплового випромінювання та люмінесценції. Відмінність полягає лише у відносному числі тих чи інших енергетичних переходів. З визначення люмінесценції випливає також, що це поняття застосовується тільки до тіл, що мають певну температуру. У разі сильного відхилення від теплової рівноваги говорити про температурну рівновагу чи люмінесценцію немає сенсу.

Ознака тривалості має велике практичне значення і дозволяє відрізнити люмінесценцію від інших нерівноважних процесів. Зокрема він зіграв важливу роль в історії відкриття явища Вавилова-Черенкова, дозволивши встановити, що свічення, що спостерігалося, не можна віднести до люмінесценції. Питання теоретичному обгрунтуванні критерію Вавилова розглядався Б.І. Степановим та Б. А. Опанасевичем. Відповідно до них, для класифікації вторинного світіння велике значення має існування або відсутність проміжних процесів між поглинанням енергії, що збуджує люмінесценцію, та випромінюванням вторинного світіння (наприклад, переходів між електронними рівнями, змін коливальної енергії тощо). Такі проміжні процеси характерні для люмінесценції (зокрема, вони мають місце при неоптичному збудженні люмінесценції).

Класифікація явищ люмінесценції

За типом збудження розрізняють: іонолюмінесценцію, кандолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, радіо-люмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, електролюмінесценцію, фотолюмінесценцію, хемілюмінесценцію, триболюмінесценцію. За тривалістю люмінесценції, розрізняють флуоресценцію, (коротке свічення) та фосфоресценцію (тривале свічення). Тепер ці поняття зберегли лише умовне та якісне значення, тому що не можна вказати будь-які межі між ними. Іноді під флуоресценцією розуміють спонтанну люмінесценцію, а під фосфоресценцією вимушену люмінесценцію (див. нижче).

Найбільш раціональна класифікація явищ люмінесценції, заснована на характеристиках механізму елементарних процесів, була вперше запропонована Вавіловим, який розрізняв спонтанні, вимушені та рекомбінаційні процеси люмінесценції. Надалі було виділено також резистивну люмінесценцію.

Види люмінесценції

1) Резонансна люмінесценція(частіше називається резонансною флуоресценцією ) спостерігається в атомних парах (ртуті, натрію та ін) у деяких простих молекул і, іноді, у складніших системах. Випромінювання має спонтанний характер і походить з того ж енергетичного рівня, які досягаються при поглинанні енергії збудливого світла. При підвищенні щільності парів резонансна люмінесценція перетворюється на резонансне розсіювання.

Цей вид світіння по всіх випадках не повинен ставитись до люмінесценції і повинен називатися резонансним розсіюванням.

2) Спонтанна люмінесценціявключає перехід (випромінювальний або, частіше, безвипромінювальний) на енергетичний рівень, з якого відбувається випромінювання. Цей вид люмінесценції характерний для складних молекул у парах та розчинах, і для домішкових центрів у твердих тілах. Особливий випадок є люмінесценція, обумовлена ​​переходами з екситонних станів.

3) Метастабільнаабо вимушена люмінесценціяхарактеризується тим, що відбувається після поглинання енергії переходом на метастабільний рівень і наступним переходом на рівень випромінювання в результаті повідомлення коливальної енергії (за рахунок внутрішньої енергії тіла) або додаткового кванта світла, наприклад, інфрачервоного. Приклад цього виду люмінесценції - фосфоресценція органічних речовин, коли метастабільний нижній триплетний рівень органічних молекул. При цьому, у багатьох випадках спостерігається дві смуги тривалості люмінесценції: довгохвильова, що відповідає спонтанному переходу T-S 0 і потім (повільна флюоресценція або β-смуга), і короткохвильова, що збігається по спектру з флюоресценцією і відповідає вимушеному переходу T-S 1 -s 0 (фосфоресценція або α-смуга).

4) Рекомбінаційна люмінесценціявідбувається внаслідок возз'єднання частинок, що розділилися при поглинанні збудливої ​​енергії. У газах може відбуватися рекомбінація радикалів або іонів, внаслідок якої виникає молекула у збудженому стані. Подальший перехід до основного стану може супроводжуватися люмінесценцією. У твердих кристалічних тілах рекомбінаційна люмінесценція виникає внаслідок появи нерівноважних носіїв заряду (електронів чи дірок) під впливом будь-якого джерела енергії. Розрізняють рекомбінаційну люмінесценцію при переходах «зона – зона» та люмінесценцію дефектних чи домішкових центрів (т.зв. центрів люмінесценції). У всіх випадках процес люмінесценції може включати захоплення носіїв на пастках з їх подальшим звільненням тепловим або оптичним шляхом, тобто включати елементарний процес, характерний метастабільної люмінесценції. У разі люмінесценції центрів рекомбінація полягає у захопленні дірок на основний рівень центру та електронів на збуджений рівень. Випромінювання відбувається в результаті переходу центру зі збудженого стану до основного. Рекомбінаційна люмінесценція спостерігається в кристалофосфорах і типових напівпровідниках, наприклад германії та кремнії. Незалежно від механізму елементарного процесу, що веде до люмінесценції, випромінювання, зрештою, відбувається при спонтанному переході з одного енергетичного стану в інший. Якщо цей перехід дозволений, має місце дипольне випромінювання. У разі заборонених переходів випромінювання може відповідати як електричному, так і магнітному диполю, електричному квадруполю тощо.

Фізичні характеристики люмінесценції

Як і всяке випромінювання, люмінесценція характеризується спектром (спектральною щільністю променистого потоку) та станом поляризації. Вивчення спектрів люмінесценції та факторів, що на них впливають, становить частину спектроскопії.

Поряд із цими загальними характеристиками є специфічні для люмінесценції. Інтенсивність люмінесценції сама по собі рідко цікавить. Замість неї вводиться величина відношення енергії, що випромінюється до поглинається, звана виходом люмінесценції. У більшості випадків вихід визначається в стаціонарних умовах як відношення випромінюваної та поглинається потужності. Що стосується фотолюминесценции вводиться поняття квантового виходу і розглядається діапазон виходу, тобто. залежність виходу від частоти збуджуючого світла та спектр поляризації – залежність ступеня поляризації від частоти збуджуючого світла. Крім того, поляризація люмінесценції характеризується поляризаційними діаграмами, вид яких пов'язаний з орієнтацією та мультипольністю елементарних випромінюючих та поглинаючих систем.

Кінетика люмінесценції, зокрема вид кривої наростання після включення збудження та кривої згасання люмінесценції після його вимкнення, і залежність кінетики від різних факторів: температури, інтенсивності збуджуючого джерела тощо, служать важливими характеристиками люмінесценції. Кінетика люмінесценції сильно залежить від типу елементарного процесу, хоча й визначається їм однозначно. Згасання спонтанної люмінесценції з квантовим виходом, близьким до одиниці, завжди відбувається за експоненційним законом: I(t)=I 0 exp(-l/τ), де характеризує середній час життя збудженого стану, тобто дорівнює зворотній величині ймовірності А спонтанного переходу на одиницю часу. Однак, якщо квантовий вихід люмінесценції менше одиниці, тобто люмінесценція частково згасена, то експоненційний закон загасання зберігається тільки в найпростішому випадку, коли ймовірність гасіння Q постійна. І тут τ=1/(A+Q), а квантовий вихід η=A/(A+Q), де Q- ймовірність безвипромінювального переходу. Однак часто Q залежить від часу, що протік від моменту збудження цієї молекули, і тоді закон загасання люмінесценції стає складнішим. Кінетика вимушеної люмінесценції у випадку з одним метастабільним рівнем визначається сумою двох експонентів.

Люмінесценція - це випромінювання світла певними матеріалами щодо холодному стані. Вона відрізняється від випромінювання розпечених тіл, наприклад, або вугілля, розплавленого заліза і дроту, що нагрівається електричним струмом. Випромінювання люмінесценції спостерігається:

• у неонових та люмінесцентних лампах, телевізорах, радарах та екранах флюороскопів;
• в органічних речовинах, таких як люмінол або люциферин у світлячках;
• у деяких пігментах, що використовуються у зовнішній рекламі;
• при блискавці та північному сяйві.

У всіх цих явищах світлове випромінювання не є результатом нагрівання матеріалу вище за кімнатну температуру, тому його називають холодним світлом. Практична цінність люмінесцентних матеріалів полягає в їх здатності трансформувати невидимі форми енергії в

Джерела та процес

Явище люмінесценції відбувається в результаті поглинання матеріалом енергії, наприклад, від джерела ультрафіолетового або рентгенівського випромінювання, пучків електронів, хімічних реакцій тощо. Це призводить до атомів речовини в збуджений стан. Так як воно нестійке, матеріал повертається у свій вихідний стан, а поглинена енергія виділяється у вигляді світла та/або тепла. У процесі задіяні лише зовнішні електрони. Ефективність люмінесценції залежить від ступеня перетворення енергії збудження на світло. Кількість матеріалів, що мають достатню для практичного застосування ефективність, відносно невелика.

Люмінесценція та розжарювання

Порушення люмінесценції не пов'язане із збудженням атомів. Коли гарячі матеріали починають світитися внаслідок розжарювання, їх атоми перебувають у збудженому стані. Хоча вони вібрують вже за кімнатної температури, цього достатньо, щоб випромінювання відбувалося в дальній інфрачервоній області спектра. З підвищенням температури частота електромагнітного випромінювання зміщується у видиму область. З іншого боку, при дуже високих температурах, які утворюються, наприклад, в ударних трубах, зіткнення атомів можуть бути настільки сильними, що електрони відокремлюються від них і рекомбінують, випромінюючи світло. У цьому випадку люмінесценція та розжарювання стають невиразними.

Люмінесцентні пігменти та барвники

Звичайні пігменти і барвники мають колір, тому що вони відображають ту частину спектра, яка комплементарна поглиненою. Невелика частина енергії перетворюється на тепло, але помітного випромінювання не відбувається. Якщо, однак, люмінесцентний пігмент поглинає денне світло на певній ділянці спектра, він може випромінювати фотони, що відрізняються від відбитих. Це відбувається в результаті процесів усередині молекули барвника або пігменту, завдяки яким ультрафіолет може бути перетворений на видиме, наприклад, синє світло. Такі методи люмінесценції використовуються у зовнішній рекламі та в пральних порошках. В останньому випадку "освітлювач" залишається в тканині не тільки для відображення білого, але і для перетворення ультрафіолетового випромінювання в синій колір, що компенсує жовтизну і посилює білизну.

Ранні дослідження

Хоча блискавки, північне сяйво і тьмяне світіння світлячків і грибів завжди були відомі людству, перші дослідження люмінесценції почалися з синтетичного матеріалу, коли Вінченцо Каскаріоло, алхімік і шевець з Болоньї (Італія), в 1603 р. нагрів суміш барату важкого шпату) з вугіллям. Порошок, отриманий після охолодження, вночі випускав блакитне свічення, і Каскаріоло помітив, що воно може бути відновлене шляхом на порошок сонячного світла. Речовина була названа «ляпіс соляріс», або сонячний камінь, тому що алхіміки сподівалися, що вона здатна перетворювати метали на золото, символом якого є сонце. Післясвічення викликало інтерес багатьох вчених того періоду, які давали матеріалу та інші назви, у тому числі «фосфор», що означає носій світла.

Сьогодні назва «фосфор» використовується лише для хімічного елемента, тоді як мікрокристалічні люмінесцентні матеріали називаються люмінофором. «Фосфор» Каскаріоло, мабуть, був сульфідом барію. Першим комерційно доступним люмінофором (1870) стала «фарба Бальмена» - розчин сульфіду кальцію. В 1866 був описаний перший стабільний люмінофор з сульфіду цинку - один з найважливіших в сучасній техніці.

Одне з перших наукових досліджень про люмінесценцію, що виявляється при гнитті деревини або плоті і в світлячках, було виконано в 1672 році англійським ученим Робертом Бойлем, який, хоч і не знав про біохімічне походження цього світла, проте встановив деякі з основних властивостей біолюмінесцентних систем:

• свічення холодне;
• воно може бути придушене такими хімічними агентами, як спирт, соляна кислота та аміак;
• випромінювання потребує доступу до повітря.

У 1885-1887 роках було помічено, що неочищені екстракти, отримані з вест-індійських світлячків (вогненосних лугів) та з молюсків фолад, при змішуванні виробляють світло.

Першими ефективними хемілюмінесцентними матеріалами були синтетичні небіологічні сполуки, такі як люмінола, відкрита в 1928 році.

Хемі- та біолюмінесценція

Більшість енергії, що виділяється в хімічних реакціях, особливо реакціях окислення, має форму тепла. У деяких реакціях її частина використовується для збудження електронів до більш високих рівнів, а у флуоресцентних молекулах до виникнення хемілюмінесценції (ХЛ). Дослідження показують, що ХЛ є універсальним явищем, хоча інтенсивність люмінесценції буває настільки мала, що потрібне використання чутливих детекторів. Є, однак, деякі сполуки, які демонструють яскраву ХЛ. Найбільш відомим з них є люмінол, який при окисленні пероксидом водню може давати сильне синє або синьо-зелене світло. Інші сильні ХЛ-речовини - люцигенін та лофін. Незважаючи на яскравість їх ХЛ, не всі вони ефективні при перетворенні хімічної енергії на світлову, тому що менше 1% молекул випромінюють світло. У 1960-ті роки було виявлено, що складні ефіри щавлевої кислоти, окислені в безводних розчинниках у присутності сильно флуоресціюючих ароматичних сполук, випромінюють яскраве світло з ефективністю до 23%.

Біолюмінесценція є особливим типом ХЛ, що каталізується ферментами. Вихід люмінесценції таких реакцій може досягати 100%, що означає, що кожна молекула люциферину, що реагує, переходить у випромінюючий стан. Всі відомі сьогодні біолюмінесцентні реакції каталізуються реакціями окислення, що протікають у присутності повітря.

Термостимульована люмінесценція

Термолюмінесценція означає температурне випромінювання, але посилення світлового випромінювання матеріалів, електрони яких збуджені під впливом тепла. Термостимульована люмінесценція спостерігається у деяких мінералів і насамперед у кристалофосфорів після того, як вони були збуджені світлом.

Фотолюмінесценція

Фотолюмінесценція, яка виникає під дією електромагнітного випромінювання, що падає на речовину, може проводитися в діапазоні від видимого світла через ультрафіолетовий до рентгенівського та гамма-випромінювання. У люмінесценції, викликаної фотонами, довжина хвилі випромінюваного світла, як правило, дорівнює або більше довжини хвилі збуджуючого (тобто рівної або меншої енергії). Ця різниця в довжині хвилі обумовлена ​​перетворенням енергії, що надходить, в коливання атомів або іонів. Іноді, при інтенсивному впливі променем лазера, світло, що випускається, може мати більш коротку довжину хвилі.

Той факт, що ФО може збуджуватися під дією ультрафіолетового випромінювання, був виявлений німецьким фізиком Йоганном Ріттером в 1801 р. Він зауважив, що люмінофори яскраво світяться в невидимій області за фіолетовою частиною спектра, і таким чином відкрив УФ-випромінювання. Перетворення УФ на видиме світло має велике практичне значення.

При високому тиску частота зростає. Спектри більше не складаються з однієї спектральної лінії 254 нм, а енергія випромінювання розподілена по спектральних лініях, що відповідають різним електронним рівням: 303, 313, 334, 366, 405, 436, 546 та 578 нм. Ртутні лампи високого тиску використовують для освітлення, тому що 405-546 нм відповідають видимому блакитно-зеленому світлу, а при трансформації частини випромінювання в червоне світло за допомогою люмінофора в результаті виходить білий.

Коли молекули газу збуджуються, спектри люмінесценції показують широкі смуги; не тільки електрони піднімаються на рівні вищої енергії, але одночасно збуджуються коливальні та обертальні рухи атомів загалом. Це відбувається тому, що коливальні і обертальні енергії молекул становлять 10 -2 і 10 -4 від енергій переходів, які, складаючись, утворюють безліч довжин хвиль, що трохи відрізняються, що становлять одну смугу. У більших молекулах є кілька смуг, що перекривають один одного, по одній для кожного виду переходу. Випромінювання молекул у розчині переважно лентовидне, що викликано взаємодією щодо великої кількості збуджених молекул з молекулами розчинника. У молекулах, як і атомах, в люмінесценції беруть участь зовнішні електрони молекулярних орбіталей.

Флуоресценція та фосфоресценція

Ці терміни можна розрізняти як виходячи з тривалості світіння, а й у способу його виробництва. Коли електрон збуджується до синглетного стану з терміном перебування в ньому 10 -8 с, з якого він може легко повернутися до основного, речовина випромінює свою енергію у вигляді флуоресценції. Під час переходу спин не змінюється. Базовий та збуджений стан мають подібну кратність.

Електрон, проте, можна підняти більш високий енергетичний рівень (званий " збуджений триплетний стан " ) зі зверненням його спина. У квантовій механіці переходи з триплетних станів до синглетних заборонені, і, отже, час їхнього життя значно більший. Тому люмінесценція в цьому випадку має набагато більший термін: спостерігається фосфоресценція.

Електролюмінесценція - це випромінювання світла під дією електричного поля або струму, що протікає. При впливі електричного поля на напівпровідник (званий люмінофором) виникає ударна іонізація атомів електронами, за рахунок електричного поля, а також емісія електронів із центру захвату. Внаслідок цього концентрація вільних носіїв перевищить рівноважну і напівпровідник виявиться у збудженому стані, тобто. в стані, при якому його внутрішня енергія перевищує рівноважну при даній температурі.

Пристрій електролюмінесцентного випромінювача (конденсатора): на металеву основу напилюється тонкий шар (до 20 мкм) напівпровідника (сульфіду цинку), поверх нього наноситься найтонший, прозорий для видимого світла шар металу. При підключенні до металевих шарів джерела (постійного або змінного) виникає зеленувато-блакитне свічення, яскравість якого пропорційна значенню джерела U. Якщо до складу люмінофора входить селенід цинку, можна отримати біле, жовте або помаранчеве світіння.

Недоліки:

Низька швидкодія;

Нестабільний параметр;

Невисока яскравість свічення;

Мінімальний ресурс.

Електролюмінесценція спостерігається і в напівпровідникових діодах при протіканні через діод струму при прямому включенні. При цьому електрони переходять з n-області в p-область і рекомбінують там з дірками. Залежно від ширини забороненої зони фотони мають частоти у видимій чи невидимій людиною частині світлового спектру, зроблених із кремнію, випромінюють невидиме інфрачервоне світло.

Для світлодіодів використовується матеріали із шириною забороненої зони від 1,6 еВ до 3,1 еВ (це червоний та фіолетовий колір), а тому широко використовується для створення цифрових індикаторів, оптронів, лазерів.

Перевага:

Технологічність;

Висока швидкодія;

Великий термін служби;

Надійність;

Мікро-мініатюрність;

Висока монохроматичність випромінювання.

За конструкцією світлодіоди розрізняють: інжекційні, напівпровідникові лазери, суперлюмінесцентні (що займають проміжні значення та застосовують у ВОЛЗ), з керованим кольором світіння.

ЗСІ– знакосинтезуючі індикатори, – у яких зображення отримують за допомогою мозаїки на незалежно керованих перетворювачах «електричний сигнал світло».

У ЗСІ використовується свічення, що виникає в люмінофорах, поміщених у сильне електричне поле. Конструктивно вони є групою конденсаторів, у яких одна з обкладок виконана прозорою, а інша не прозорою.

При підключенні джерела до обкладок люмінофор починає світитися.

Якщо прозорий електрод зробити тій чи іншій форми, зона світіння повторить форму. Колір перерізу залежить від складу люмінофора. Використовуються на дисплеях.

Яскравість світіння залежить від значення U та частоти: U=160-250В, f=300-4000Гц.

Споживана потужність соті-десяті частки ват, яскравість 20-65кд/м 2 .

Катодолюмінесценція.При видаленні з колби газу (при тиску ≈ 1,3 Па) свічення газу слабшають і починають світитися стінки колби. Чому? Електрони, що вибиваються з катода позитивними іонами, при такому розрядженні рідко стикаються з молекулами газу і тому, прискорені полем, ударяючись об скло, викликає його свічення, так звану катодолюмінесценцію, а потік електронів отримав назву катодних променів.

Низьковольтна вакуумна люмінесценція.За механізмом дії не відрізняється високовольтною і носить рекомендаційний характер.

Сутність – люмінофор бомбардується електронами, які збуджують люмінофор та призводять до порушення термодинамічної рівноваги. З'являються електрони, енергія яких більша за енергію для зони провідності, і дірки, що мають енергію, меншу за стелю валентної зони. У зв'язку з нестійкістю нерівноважного стану починається процес рекомбінації з випромінюванням фотонів катодами, що супроводжується випромінюванням.

Якщо рекомбінація буде здійснюватися через пастку, через деякий час носії можуть повернутися на свої місця, що збільшує післясвічення.

Низьковольтна люмінесценція характеризується:

Тип люмінофора;

Глибиною проникнення кристалі бомбардуючих електронів;

Використовується низьковольтна напруга (одиниці-десятки вольт);

Використовуються у вакуумних ЗСІ;

Напруга розжарення = 5В;

U а = (20-70);

Струм анода сегмент (1-3)мА.

Переваги вакуумних ЗСІ:

Висока яскравість свічення;

Багатобарвність;

Мінімум споживання енергії;

Велика швидкодія.

Недоліки: необхідно мати три джерела живлення, крихкість конструкції.

Контрольні питання до теми 2:

1 Поняття поляризації.

2 Види поляризації.

3 Чим визначається електропровідність діелектрика?

4 Зазначити види електричного пробою.

5 Вказати особливості сегнетоелектриків.

6 П'єзоефект та його застосування.

7 Вказати види газового розряду та їх особливості.

8 Особливості електролюмінесценції та катодолюмінесценції.