ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

А. МИЦКЕВИЧ

кандидат физико-математических наук

Рис. 3. ЯРГИНОЙ и Ф. ЗАВАЛОВА

В 1923 году советский радиофизик О. Лосев подметил, что при прохождении через кристалл электрического тока наблюдается излучение света. Он высказал предположение: возможно, свет возникает в результате нагревания кристалла или из-за искрового разряда в местах неплотного контакта между поверхностью кристалла и проволочным электродом.

Лосев изучал открытое им явление вплоть до 1941 года и а своих работах убедительно показал, что им открыто новое явление, которое нельзя свести к ранее известным физическим эффектам. Ока ь вается, электрическая энергия в некоторых кристаллах может превращаться в свет, минуя стадию нагревания вещества.

В 1936 году французский физик Ж. Дестрио сообщил об обнаруженном им свечении некоторых веществ — электролюминофоров — в переменном электрическом поле низкой частоты. Д/?я того чтобы наблюдать это свечение, вещество надо было поместить между двумя пластинами плоского конденсатора, в котором электролюминофор выполнял роль изолятора. При достаточно высокой напряженности поля в таком конденсаторе начинают светиться все веществе. Но наиболее яркое свечение при сравнительно низких значениях напряженности наблюдается у соединений цинка, особенно у сернистого цинка, активированного медью.

Сернистый цинк давно известен как вещество, способное светиться под действием светового возбуждения. Это явление получило название люминесценции. Физики решили, что между обоими явлениями — люминесценцией и электролюминесценцией — должна существовать какая-то связь.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВНУТРИ КРИСТАЛЛА!

С тех пор оба эффекта — эффект Лосева и эффект Дестрио— тщательно изучаются с целью выяснения механизма превращения электрической энергии в свет в твердом теле. Чем объясняются явления электролюминесценции? Ответ на этот вопрос надо искать а поведении электрических зарядов кристаллов — электронов и «дырок».

Электролюминесценция Лосева наблюдается при прохождении постоянного тока через кристалл полупроводника в «пропускном» направлении. По-видимому, ие существует «минимальной» напряженности поля, при которой начинается свечение Лосева. Его яркость возрастает пропорционально количеству зарядов, протекающих через кристалл в единицу времени. В этом случае оба типа носителей тока — электроны и «дырки» — двигаются навстречу друг другу и при встрече рекомбинируют, то есть в |аимно погашают свои движения. В результате излучаются кванты света. Электролюминесценция такого рода наблюдается у полупроводников на границе выпрямляющего слоя. У кристаллов карборунда рекомбинация сопровождается излучением видимого соета, у германия и окиси меди — излучением инфракрасных лучей.

Электролюминесценция Дестрио наблюдается при более вьсоких средних значениях приложенного электрического поля. Значит, кроме ускорения движения зарядов, оно приводит в действие какой-то «спусковой механизм», который начинает работать только при достаточно высоком значении напряженности. Возможно, что происходит отрыв электронов кристаллической решетки, который наступает при напряжениях, близких к электрическому пробою. Прн этом электроны успевают приобрести в поле достаточную энергию, чтобы путем столкновений оторвать следующие электроны, а те, в свою очередь, — новые электроны и так далее. В кристалле развивается своего рода «цепная реакция» раэм1 ожения электронов, которые возбуждают центры свечения кристалла.

Собственно, возникновение такой электронной лавины и

J.II.K Ii>i>.iiuMun^cULiirnaii ,шмпа напоминает кусок эмалирипан-ной лсести. Если оба электрода присоединить к сети переломною тока, она со всей поверхности излучает свст. В эгои лампе ничего не нагревается. Она не бьется и не ломаетгя. Срок ее службы исчисляется тысячами часов.

вызывает пробои изолятора. Однако в электролюминофорах пробой не наступает. Почему? Измерения показывают, что алектролюмннесценция Дестрио наступает при напряженности меньшей, чем напряженность электрического поля, необходимого для пробоя.

Однако надо помнить, что, когда говорят о величине поля в кристалле электролюминофора, имеют в виду лишь среднюю напряженность. В действительности напряженность поля может изменяться в широких пределах в ту или иную сторону от среднего значения, в зависимости от особенностей строения кристалла, В частности, в кристалле могут быть такие нарушения структуры, на которых электрическое поле «концентрируется», значительно превосходя среднее значение. Области концентрации поля могут возникать на границе раздела между полупроводником и областями, имеющими иной химический состав или другой тип проводимости. Здесь могут возникать местные поля, достаточно высокие, чтобы сработал «спусковой механизм» электролюминесценции Дестрио. Местный характер перенапряжения не позволяет электрическому пробою развиваться во всей массе кристалла.

Наблюдение под микроскопом электролюминесценции кристаллов сернистого цинка, активированного медью, показывает, что свечение возникает не во всей массе кристалла, как при обычной фотолюминесценции, а только в отдельных вго точках, главным образом на поверхности. Оказывается, именно в этих точках строение кристалла неоднородно. (Неоднородности возникают при изготовлении электролюминофоров.) Это доказывает, что схема механизма электролюминесценции, о которой говорилось выше, в основном правильна.

ЛАМПЫ ИЗ... ПОРОШКА

Хотя в картине электролюминесценции все еще много «белых пятен» и требуются дополнительные усилия исследователей, чтобы их ликвидировать, техника незамедлительно приступила к практическому использованию замечательных свойств этого оптического явления а полупроводниках.

ЭЛЕНТРОЛЮМИНОФОРЫ-РЕВОЛЮЦИЯ В СВЕТОТЕХНИКЕ

б