Si osserva nelle sostanze semiconduttori e nei fosfori cristallini, i cui atomi (o molecole) passano in uno stato eccitato sotto l'influenza di una corrente elettrica trasmessa o di un campo elettrico applicato.
Meccanismo
L'elettroluminescenza è il risultato della ricombinazione radiativa di elettroni e lacune in un semiconduttore. Gli elettroni eccitati rilasciano la loro energia sotto forma di fotoni. Prima della ricombinazione, gli elettroni e le lacune vengono separati, attivando il materiale formazione p-n transizione (negli illuminatori elettroluminescenti a semiconduttore, come i LED) - o per eccitazione da parte di elettroni ad alta energia (questi ultimi sono accelerati da un forte campo elettrico) - nei fosfori cristallini dei pannelli elettroluminescenti.
Materiali elettroluminescenti
Tipicamente, i pannelli elettroluminescenti sono prodotti sotto forma di film sottili di materiali organici o inorganici. Nel caso dell'utilizzo di cristalli di fosforo, il colore del bagliore è determinato dall'impurità, l'attivatore. Strutturalmente, il pannello elettroluminescente è un condensatore piatto. I pannelli elettroluminescenti richiedono un'alimentazione di tensione abbastanza elevata (60 - 600 volt); A questo scopo, di norma, nel dispositivo è integrato un convertitore di tensione con retroilluminazione elettroluminescente.
Esempi di materiali elettroluminescenti a film sottile:
- Solfuro di zinco in polvere attivato con rame o argento (bagliore blu-verde);
- Solfuro di zinco attivato con manganese - bagliore giallo-arancio;
- Semiconduttori III-V InP, GaAs, GaN (LED).
Applicazione
Gli illuminatori elettroluminescenti (pannelli, cavi, ecc.) sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo e nell'illuminotecnica, in particolare per la retroilluminazione di display a cristalli liquidi, retroilluminazione di scale di strumenti e tastiere a pellicola, progettazione decorativa di edifici e paesaggi, ecc.
I display grafici elettroluminescenti e di sintesi dei caratteri sono prodotti per applicazioni militari e industriali. Questi display sono diversi alta qualità immagini e sensibilità relativamente bassa alle condizioni di temperatura.
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Letteratura
- Gershun A.L.// Dizionario enciclopedico di Brockhaus ed Efron: in 86 volumi (82 volumi e 4 aggiuntivi). - San Pietroburgo. , 1890-1907.
Collegamenti
- (link inaccessibile - storia , copia)
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Un estratto che caratterizza l'elettroluminescenza
“Eh bien, nous sommes tristes, [Che succede, siamo tristi?]”, ha detto, toccando la mano di Pierre. – Vous aurai je fait de la peine? “Non, vrai, avez vous quelque choosed contre moi”, chiese di nuovo. – Peut etre rapport a la situazione? [Forse ti ho turbato? No, davvero, non hai qualcosa contro di me? Forse riguardo alla posizione?]Pierre non rispose, ma guardò affettuosamente il francese negli occhi. Questa espressione di partecipazione gli piacque.
- Parole d'honneur, sans parler de ce que je vous dois, j'ai de l'amitie pour vous. Puis je faire quelque choose pour vous? Disposez de moi. C'est a la vie et a la mort. C"est la main sur le c?ur que je vous le dis, [Onestamente, per non parlare di quello che ti devo, provo amicizia per te. Posso fare qualcosa per te? Usami. Questo è per la vita o per la morte. Te lo dico con la mano sul cuore", disse, colpendosi il petto.
"Merci", disse Pierre. Il capitano guardò attentamente Pierre nello stesso modo in cui guardò quando seppe come si chiamava il rifugio in tedesco, e all'improvviso il suo viso si illuminò.
- Ah! dans ce cas je bois a notre amitie! [Ah, allora brindo alla tua amicizia!] - gridò allegramente, versandosi due bicchieri di vino. Pierre prese il bicchiere che aveva versato e lo bevve. Rambal bevve il suo, strinse di nuovo la mano a Pierre e appoggiò i gomiti sul tavolo in una posa pensosamente malinconica.
"Oui, mon cher ami, voila les caprices de la fortune", iniziò. – Qui m'aurait dit que je serai soldat et capitaine de dragons au service de Bonaparte, comme nous l'appellions jadis. Et cependant me voilà a Moscou avec lui. «Il faut vous dire, mon cher», continuò con la voce triste e misurata di chi si accinge a raccontare una lunga storia, «que notre nom est l"un des plus anciens de la France. [Sì, amico mio , ecco la ruota della fortuna. Chi diceva che vorrei essere soldato e capitano dei dragoni al servizio di Bonaparte, come lo chiamavamo allora. Comunque eccomi qui a Mosca con lui. Devo dirtelo, mio caro... che il nostro nome è uno dei più antichi di Francia.]
E con la franchezza disinvolta e ingenua di un francese, il capitano raccontò a Pierre la storia dei suoi antenati, la sua infanzia, adolescenza e virilità, tutti i suoi parenti e i suoi beni, relazioni familiari. “Ma pauvre mere [“La mia povera madre.”] ha avuto, ovviamente, un ruolo importante in questa storia.
– Mais tout ca ce n"est que la mise en scene de la vie, le fond c"est l"amour? L"amour! “N"est ce pas, monsieur; Pierre?" disse rianimandosi. “Encore un verre." [Ma tutto questo è solo un'introduzione alla vita, la sua essenza è l'amore. L'amore! Non è vero, monsieur Pierre ? Un altro bicchiere.]
Pierre bevve ancora e se ne versò un terzo.
- OH! Les femmes, les femmes! [DI! donne, donne!] - e il capitano, guardando Pierre con occhi untuosi, cominciò a parlare dell'amore e delle sue relazioni amorose. Erano in tanti, il che era facile da credere, guardando il compiaciuto, Bel viso ufficiale e l'animazione entusiasta con cui parlava delle donne. Nonostante il fatto che tutto storie d'amore Rambal aveva quel carattere di sporchi trucchi in cui i francesi vedono il fascino eccezionale e la poesia dell'amore, il capitano raccontava le sue storie con una convinzione così sincera che solo lui sperimentava e conosceva tutte le delizie dell'amore, e descriveva le donne in modo così allettante che Pierre ascoltava lui con curiosità.
Gli elettroni di una lacuna in un semiconduttore possono combinarsi con l'emissione di un fotone. Si possono immaginare quattro varianti di tali processi: transizione di un elettrone della banda di conduzione a una lacuna nella banda di valenza e ad una lacuna nel livello accettore e transizione elettronica. livello donatore al foro della banda di valenza e al foro del livello accettore.
Affinché un semiconduttore sia un emettitore di luce, la sua struttura deve favorire la rapida ricombinazione degli elettroni
e buchi, e ha anche permesso di introdurre elettroni negli stati eccitati. Tali stati saranno ottenuti se è possibile iniettare elettroni in un semiconduttore che ha più lacune, cioè in un n-cristallo. Lo stesso effetto può essere ottenuto introducendo fori in un semiconduttore di tipo n. Infine, si può anche ricorrere all'iniezione di lacune ed elettroni nell'isolante.
Se, facendo passare corrente attraverso un semiconduttore, eseguiamo uno di questi processi, allora avrà luogo una conversione diretta dell'energia corrente in luce, cioè l'elettroluminescenza.
I più convenienti per l'implementazione pratica dell'elettroluminescenza si sono rivelati i diodi p-n realizzati con semiconduttori binari come il fosfuro di gallio o l'arseniuro di gallio. Nella fig. 308a mostra un diagramma dei livelli energetici del diodo. Tra le regioni p e n del diodo, come appena spiegato, verrà stabilita una differenza di potenziale di contatto, bilanciando la diffusione degli elettroni (cerchi neri) nella regione p e dei buchi (cerchi aperti) nella regione n ( Figura 308a, a)
Quando viene applicato un campo (Fig. 308a, b), la barriera si abbassa, gli elettroni iniziano a muoversi verso destra nel nostro disegno e i buchi verso sinistra. Nello strato limite vengono creati condizioni favorevoli per la ricombinazione di tutti e quattro i tipi. L'energia dei fotoni risultanti, grosso modo, è uguale allo spazio tra le strisce.
Naturalmente il processo di ricombinazione non deve essere accompagnato da radiazioni. L'energia corrispondente può anche essere convertita in calore. Se si potesse realizzare il caso ideale, la radiazione emessa supererebbe l'energia elettrica fornita e il dispositivo funzionerebbe come un frigorifero, assorbendo calore dal cristallo e dall'ambiente.
Tutta la radiazione si propaga nel piano dello strato limite. Le due estremità del diodo, perpendicolari alla periferia, sono lucidate in modo da creare una cavità risonante. A correnti elevate, la radiazione viene stimolata con tutto
le conseguenze che ne derivano riguardo alla nitidezza della direzione di polarizzazione e coerenza.
Ad oggi è stato possibile creare un gran numero di laser a semiconduttore. Tutti appartengono a semiconduttori binari, che combinano gli elementi II-VI e le colonne III-V della tavola periodica. I laser a semiconduttore sono stati progettati per coprire lunghezze d'onda dalla luce ultravioletta a quella del lontano infrarosso in base a larghezze di gap che vanno da pochi elettronvolt.
Luminescenza eccitata da un campo elettrico
Animazione
Descrizione
L'elettroluminescenza è la luminescenza eccitata da un campo elettrico. Osservato nei gas e nei solidi. Con l'elettroluminescenza, gli atomi (molecole) di una sostanza entrano in uno stato eccitato a seguito del verificarsi di una qualche forma di scarica elettrica al suo interno. Tra i vari tipi di elettroluminescenza dei solidi, i più importanti sono l'iniezione e la predecomposizione. L'elettroluminescenza ad iniezione è caratteristica delle giunzioni p-n in alcuni semiconduttori, ad esempio SiC o GaP, in un campo elettrico costante acceso nella direzione di trasmissione. Le lacune in eccesso vengono iniettate nella regione n e gli elettroni nella regione p (o entrambi nello strato sottile tra le regioni p e n). Il bagliore si verifica quando elettroni e lacune si ricombinano nello strato p-n.
L'elettroluminescenza pre-rottura si osserva, ad esempio, nello ZnS in polvere, attivato da Cu, Al, ecc., posto in un dielettrico tra le armature di un condensatore, al quale viene applicata una tensione alternata a frequenza audio. Alla massima tensione sulle piastre del condensatore, nel fosforo si verificano processi prossimi alla rottura elettrica: un forte campo elettrico è concentrato ai bordi delle particelle di fosforo, che accelera gli elettroni liberi. Questi elettroni possono ionizzare gli atomi; i buchi risultanti vengono catturati dai centri di luminescenza, nei quali gli elettroni si ricombinano quando cambia la direzione del campo.
Caratteristiche temporali
Tempo di avvio (registra da -3 a -1);
Durata (log tc da -1 a 9);
Tempo di degradazione (log td da -6 a -3);
Tempo di sviluppo ottimale (log tk da 0 a 6).
Diagramma:
Implementazioni tecniche dell'effetto
Opzione 1:
In realtà si tratta di un normale cacciavite per sonda di rete, inserito nella presa di rete per verificare la presenza di tensione.
Elettroluminescenza in un indicatore di gas
Riso. 1
Designazioni:
3 - tubo fluorescente di forma arbitraria;
Opzione 2: Implementazione a stato solido dell'elettroluminescenza in un semiconduttore pn
In realtà si tratta di un LED standard utilizzato per l'indicazione luminosa dell'accensione nei moderni elettrodomestici elettronici.
Implementazione a stato solido dell'elettroluminescenza in una giunzione pn
Riso. 2
Designazioni:
3 - giunzione pn;
4 - flusso di radiazioni fluorescenti;
U è la tensione della fem alternata.
Applicazione di un effetto
Ministero dell'Istruzione Superiore dell'Ucraina
Università Tecnica Nazionale dell'Ucraina
"Istituto Politecnico di Kiev"
Abstract sull'argomento :
Luminescenza
elettroluminescenza
Completato da: studente del 2° anno
PSF PM-91 Milokosty A. A.
Controllato da: Nikitin A.K.
Piano:
1. Introduzione____________________________________________________________3
2. Classificazione dei fenomeni di luminescenza_______4
3. Tipi di luminescenza_________________________________5
4. Caratteristiche fisiche della luminescenza___7
5. Cinetica della luminescenza____________________7
6. Sostanze luminescenti__________________9
7. Metodi di ricerca_________________________11
8. Luminofori________________________________11
9. Elenco della letteratura utilizzata__________14
introduzione
La luminescenza è una radiazione che è in eccesso rispetto alla radiazione termica di un corpo ad una data temperatura ed ha una durata notevolmente più lunga del periodo delle onde luminose. La prima parte di questa definizione è stata proposta da E. Widoman e separa la luminescenza dalla radiazione termica di equilibrio. La seconda parte - un segno di durata - è stata introdotta da S.I. Vavilov per separare la luminescenza da altri fenomeni di luminescenza secondaria - riflessione e diffusione della luce, nonché dall'emissione stimolata, bremsstrahlung di particelle cariche.
Perché si verifichi la luminescenza, quindi, è necessaria una fonte di energia diversa dall'energia interna di equilibrio di un dato corpo, corrispondente alla sua temperatura. Per mantenere la luminescenza stazionaria, questa sorgente deve essere esterna. La luminescenza non stazionaria può verificarsi durante la transizione di un corpo ad uno stato di equilibrio dopo l'eccitazione preliminare (decadimento della luminescenza). Come segue dalla definizione stessa, il concetto di luminescenza si riferisce non ai singoli atomi o molecole che emettono, ma anche ai loro aggregati: i corpi. Gli atti elementari di eccitazione delle molecole e di emissione della luce possono essere gli stessi nel caso della radiazione termica e della luminescenza. La differenza sta solo nel numero relativo di determinate transizioni energetiche. Dalla definizione di luminescenza segue anche che questo concetto è applicabile solo a corpi aventi una certa temperatura. In caso di forte deviazione dall'equilibrio termico non ha senso parlare di equilibrio termico o luminescenza.
La caratteristica della durata è di grande importanza pratica e permette di distinguere la luminescenza da altri processi di non equilibrio. In particolare, ha svolto un ruolo importante nella storia della scoperta del fenomeno Vavilov-Cherenkov, consentendo di stabilire che il bagliore osservato non può essere attribuito alla luminescenza. La questione della giustificazione teorica del criterio Vavilov è stata considerata da B.I. Stepanov e B. A. Afanasevich. Secondo loro, per la classificazione della luminescenza secondaria, è importante l'esistenza o l'assenza di processi intermedi tra l'assorbimento dell'energia che eccita la luminescenza e l'emissione della luminescenza secondaria (ad esempio, transizioni tra livelli elettronici, cambiamenti nell'energia vibrazionale, ecc.). di grande importanza. Tali processi intermedi sono caratteristici della luminescenza (in particolare, si verificano durante l'eccitazione non ottica della luminescenza).
Classificazione dei fenomeni di luminescenza
In base al tipo di eccitazione si distinguono: ionoluminescenza, candoluminescenza, catodoluminescenza, radioluminescenza, luminescenza a raggi X, elettroluminescenza, fotoluminescenza, chemiluminescenza, triboluminescenza. In base alla durata della luminescenza si distingue tra fluorescenza (bagliore breve) e fosforescenza (bagliore lungo). Ora questi concetti hanno mantenuto solo un significato condizionale e qualitativo, poiché è impossibile indicare alcun confine tra loro. A volte la fluorescenza è intesa come luminescenza spontanea e la fosforescenza come luminescenza stimolata (vedi sotto).
La classificazione più razionale dei fenomeni di luminescenza, basata sulle caratteristiche del meccanismo dei processi elementari, fu proposta per la prima volta da Vavilov, che distinse tra processi di luminescenza spontanei, forzati e di ricombinazione. Successivamente è stata isolata anche la luminescenza resistiva.
Tipi di luminescenza
1) Luminescenza risonante(più spesso chiamata fluorescenza di risonanza ) osservato nei vapori atomici (mercurio, sodio, ecc.) in alcune molecole semplici e, talvolta, in sistemi più complessi. L'emissione è di natura spontanea e avviene dallo stesso livello energetico che si ottiene assorbendo l'energia della luce eccitante. All’aumentare della densità del vapore, la luminescenza risonante si trasforma in diffusione risonante.
In tutti i casi, questo tipo di bagliore non dovrebbe essere classificato come luminescenza e dovrebbe essere chiamato diffusione risonante.
2) Luminescenza spontanea comporta una transizione (radiativa o, più spesso, non radiativa) al livello energetico da cui avviene la radiazione. Questo tipo di luminescenza è caratteristico delle molecole complesse nei vapori e nelle soluzioni e dei centri di impurità nei solidi. Un caso speciale è la luminescenza causata dalle transizioni dagli stati eccitonici.
3) Metastabile O luminescenza stimolata caratterizzato da una transizione ad un livello metastabile che avviene dopo l'assorbimento di energia e una successiva transizione al livello di radiazione come risultato della comunicazione di energia vibrazionale (dovuta all'energia interna del corpo) o di un ulteriore quanto di luce, ad esempio, infrarossi. Un esempio di questo tipo di luminescenza è la fosforescenza delle sostanze organiche, in cui il livello di tripletta inferiore delle molecole organiche è metastabile. Allo stesso tempo, in molti casi si osservano due bande di durata della luminescenza: a lunghezza d'onda lunga, corrispondente a quella spontanea transizione T-S 0 e poi (fluorescenza lenta o banda β), e lunghezza d'onda corta, coincidente nello spettro con la fluorescenza e corrispondente alla transizione forzata T-S 1 e quindi alla transizione spontanea s 1 -s 0 (fosforescenza o banda α).
4) Luminescenza a ricombinazione avviene a seguito della riunificazione delle particelle separate durante l'assorbimento dell'energia eccitante. Nei gas può verificarsi una ricombinazione di radicali o ioni, che porta la molecola in uno stato eccitato. La successiva transizione allo stato fondamentale può essere accompagnata da luminescenza. Nei solidi cristallini, la luminescenza di ricombinazione si verifica a seguito della comparsa di portatori di carica non in equilibrio (elettroni o lacune) sotto l'influenza di una fonte di energia. Viene fatta una distinzione tra luminescenza di ricombinazione durante le transizioni zona-zona e luminescenza dei centri di difetti o impurità (i cosiddetti centri di luminescenza). In tutti i casi, il processo di luminescenza può comportare la cattura di portatori in trappole con il loro successivo rilascio mediante mezzi termici o ottici, cioè includere un processo elementare caratteristico della luminescenza metastabile. Nel caso della luminescenza dei centri, la ricombinazione consiste nella cattura di lacune al livello principale del centro e di elettroni al livello eccitato. L'emissione avviene come risultato della transizione del centro dallo stato eccitato allo stato fondamentale. La luminescenza per ricombinazione si osserva nei fosfori cristallini e nei semiconduttori tipici, come germanio e silicio. Indipendentemente dal meccanismo del processo elementare che porta alla luminescenza, l'emissione avviene infine attraverso una transizione spontanea da uno stato energetico all'altro. Se questa transizione è consentita, si verifica la radiazione dipolare. Nel caso di transizioni proibite, la radiazione può corrispondere sia ad un dipolo elettrico che magnetico, ad un quadrupolo elettrico, ecc.
Caratteristiche fisiche della luminescenza
Come ogni radiazione, la luminescenza è caratterizzata da uno spettro (densità spettrale del flusso radiante) e dallo stato di polarizzazione. Lo studio degli spettri di luminescenza e dei fattori che li influenzano fa parte della spettroscopia.
Insieme a questi caratteristiche generali, ce ne sono specifici per la luminescenza. L’intensità della luminescenza in sé è raramente interessante. Viene invece introdotto il rapporto tra l'energia emessa e quella assorbita, chiamato emissione di luminescenza. Nella maggior parte dei casi, la potenza è determinata in condizioni stazionarie come il rapporto tra la potenza emessa e quella assorbita. Nel caso della fotoluminescenza viene introdotto il concetto di resa quantistica e viene considerato lo spettro della resa, ovvero la dipendenza dell'emissione dalla frequenza della luce eccitante e dallo spettro di polarizzazione – la dipendenza del grado di polarizzazione dalla frequenza della luce eccitante. Inoltre, la polarizzazione della luminescenza è caratterizzata da diagrammi di polarizzazione, il cui aspetto è associato all'orientamento e alla multipolarità dei sistemi elementari di emissione e assorbimento.
Cinetica della luminescenza, in particolare, l'aspetto della curva di crescita dopo l'accensione e la curva di decadimento della luminescenza dopo lo spegnimento, e la dipendenza della cinetica da vari fattori: temperatura, intensità della sorgente di eccitazione, ecc., servono come importanti caratteristiche della luminescenza. La cinetica della luminescenza dipende fortemente dal tipo di processo elementare, sebbene non sia univocamente determinata da esso. Il decadimento della luminescenza spontanea con resa quantica prossima all’unità avviene sempre secondo la legge esponenziale: I(t)=I 0 exp(-l/τ), dove τ caratterizza la vita media dello stato eccitato, cioè è pari a il reciproco della probabilità Una transizione spontanea per unità di tempo. Tuttavia, se la resa quantistica della luminescenza è inferiore all’unità, cioè la luminescenza è parzialmente spenta, allora la legge di decadimento esponenziale viene preservata solo nel caso più semplice, quando la probabilità di spegnimento Q è costante. In questo caso, τ=1/(A+Q), e la resa quantistica η=A/(A+Q), dove Q è la probabilità di una transizione non radiativa. Tuttavia, Q dipende spesso dal tempo trascorso dal momento dell'eccitazione di una determinata molecola, e quindi la legge del decadimento della luminescenza diventa più complessa. La cinetica della luminescenza stimolata nel caso di un livello metastabile è determinata dalla somma di due esponenziali.
Luce notturna elettroluminescente della metà del secolo
Elettroluminescenza- luminescenza eccitata da un campo elettrico.
Si osserva nelle sostanze semiconduttori e nei fosfori cristallini, i cui atomi (o molecole) passano in uno stato eccitato sotto l'influenza di una corrente elettrica trasmessa o di un campo elettrico applicato.
Meccanismo
L'elettroluminescenza è il risultato della ricombinazione radiativa di elettroni e lacune in un semiconduttore. Gli elettroni eccitati rilasciano la loro energia sotto forma di fotoni. Prima della ricombinazione, gli elettroni e le lacune vengono separati attivando il materiale per formare una giunzione pn (negli illuminatori EL a semiconduttore come i LED) o mediante eccitazione da parte di elettroni ad alta energia (questi ultimi accelerati da un forte campo elettrico) nei fosfori cristallini di EL pannelli.
Materiali elettroluminescenti
Tipicamente, i pannelli elettroluminescenti sono prodotti sotto forma di film sottili di materiali organici o inorganici. Nel caso dell'utilizzo di cristalli di fosforo, il colore del bagliore è determinato dall'impurità, l'attivatore. Strutturalmente, il pannello elettroluminescente è un condensatore piatto. I pannelli elettroluminescenti richiedono un'alimentazione di tensione abbastanza elevata (60 - 600 volt); A questo scopo, di norma, nel dispositivo è integrato un convertitore di tensione con retroilluminazione elettroluminescente.
Esempi di materiali elettroluminescenti a film sottile:
- Solfuro di zinco in polvere attivato con rame o argento (bagliore blu-verde);
- Solfuro di zinco attivato con manganese - bagliore giallo-arancio;
- Semiconduttori III-V InP, GaAs, GaN (LED).
Applicazione
Gli illuminatori elettroluminescenti (pannelli, display, cavi, ecc.) sono ampiamente utilizzati nell'elettronica di consumo e nell'illuminotecnica, in particolare per la retroilluminazione di display a cristalli liquidi, retroilluminazione di scale di strumenti e tastiere a pellicola, progettazione decorativa di edifici e paesaggi, ecc.
I display grafici elettroluminescenti e di sintesi dei caratteri sono prodotti per applicazioni militari e industriali. Questi display sono caratterizzati da un'elevata qualità dell'immagine e da una sensibilità relativamente bassa alle condizioni di temperatura.
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