4
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЛЮМИНОФОРА ZnS:Cu,Mn
Широкие перспективы технического применения электролюминесценции для
создания устройств отображения информации до сих пор должным образом не
реализованы вследствие недостаточной стабильности оптико-электрических
характеристик современных электролюминесцентных излучателей (ЭЛИ). В то
же время прогресс в области производства и использования ЭЛИ невозможен
без решения проблемы дезактивации энергии, для решения которой
необходимо проведение обширных исследований по изучению физических
механизмов, лежащих в основе электролюминесценции кристаллофосфоров, в
первую очередь на основе соединений ZnS:Cu и ZnS:Mn [1, 2].
Существующие технологии производства электролюминофоров (ЭЛФ) желтого
цвета свечения основаны главным образом на синтезе твердых растворов
сульфоселенидов цинка и кадмия, активированных медью, создающих
существенную экологическую проблему при попадании в окружающую среду.
Кроме того, при производстве люминофоров данного класса необходимо
использование аргонной атмосферы, что предполагает двухстадийное
прокаливание, является нетехнологичным и приводит к удорожанию
производства.
Наряду с сульфоселенидными электролюминофорами, излучающими в желтой
области спектра, существует также ЭЛФ на основе сульфида цинка,
активированного медью и марганцем (ZnS:Cu,Mn), в составе которого
отсутствуют токсичные соединения кадмия и селена. Однако низкая яркость
свечения и высокая скорость деградации яркости до сих пор не позволяют
применять данный ЭЛФ в современных ЭЛИ.
В настоящее время сотрудниками базовой кафедры технологии перспективных
химических и биологических материалов ЮНЦ РАН ведется усовершенствование
методики синтеза электролюминофора на основе системы ZnS:Cu,Mn – Cu2-XS,
с целью получения продукта, не уступающего по яркости свечения и
стабильности серийно выпускаемым маркам ЭЛФ.
В данной работе представлены результаты исследования спектральных
характеристик электролюминофоров ZnS:Cu,Mn, содержащих различное
количество Mn. Синтез проводили по стандартной методике: шихту
прокаливали при температуре 970°С в течение двух часов в
восстановительной атмосфере под слоем активированного угля в
стеклоуглеродных тиглях. Затем люминофор обрабатывали раствором аммиака
и карбоната аммония в присутствии окислителя (персульфат аммония) с
целью удаления с поверхности кристаллов ЭЛФ избыточного сульфида меди,
снижающего яркость и напряжение пробоя.
Исследование спектров люминесценции производили на экспериментальной
установке, собранной на базе светосильного спектрометра СДЛ-1,
оснащенного дополнительными современными методами регистрации
(малошумным сверхчувствительным ФЭУ EMI-1, двухканальным цифровым
запоминающим осциллографом АСК-3106 с программным обеспечением).
Возбуждение электролюминофоров осуществлялось при помощи генератора
сигналов ГЗ-34.
1 – концентрация Mn 0,934 мол.%.;
2 – концентрация Mn 0,157 мол.%.
Концентрация меди в исследуемых образцах не изменялась и была равна 0,35
мол.%. На рис. 1 представлены спектры люминесценции образцов с
концентрацией марганца 0,157 мол.% (кривая 1) и 0,934 мол.% (кривая 2).
Как видно из рис. 1, при концентрации Mn 0,157 мол.% спектр представлен
тремя выраженными полосами с ?mах = 438нм, 520нм и 585нм. При увеличении
концентрации Mn до 0,934 мол.% интенсивность коротковолновых полос резко
падает, а длинноволновая часть спектра деформируется с разделением на
два максимума с лmах = 560нм и 595нм. Можно отметить уменьшение
интегральной интенсивности в спектре 1 практически в 2 раза.
Как показывает анализ литературных данных [3], спектры излучения
большинства кристаллофосфоров, являются сложными и состоят из нескольких
элементарных полос. Не являются исключением и люминофоры на основе
сульфида цинка [4]. Каждая индивидуальная полоса, входящая в состав
общего спектрального распределения люминесценции определяется наличием
центров свечения определенного типа. К настоящему времени цинксульфидные
люминофоры ZnS:Cu изучены достаточно полно [1], при этом известно, что
полосы так называемых «медных» центров лежат в диапазоне длин волн 430 –
560 нм. Поэтому первые два максимума в спектре 2 можно идентифицировать
как «медные». Известно также, что ион Mn2+ в сульфиде цинка излучает не
самостоятельно, а получает энергию от иона Cu+, о чем свидетельствует
увеличение интенсивности вспышки в полосе марганца при введении второго
активатора (соактиватора) – меди с оптимальными концентрациями 3-6?10-5
г на 1г ZnS (3-6?10-3 мас.%). В этом случае возникающие центры меди
являются равноценными сенсибилизаторами марганца, а марганец высвечивает
не самостоятельно, а вследствие передачи энергии от центров
Cu-сенсибилизаторов [5]. Отсюда следует, что изменение в соотношении
между количеством меди и марганца в сульфиде цинка повлечет за собой
изменение спектральных характеристик. Вызывает особый интерес раздвоение
полосы марганца (кривая 1) при высокой его концентрации. Данный
результат в литературе не обсуждался. Очевидно, что полосы марганца
также представлены рядом элементарных составляющих и, по-видимому,
увеличение концентрации приводит к доминированию одних центров свечения
над другими. Однако подробное изучение механизмов данного явления
требует дальнейших исследований.
Литература
1. Верещагин И.К., Колсяченко Л.А., Кокин С.М. Электролюминесцентные
источники света. М.: Энергоатомиздат. 1990.
2. Верещагин И.К. Введение в оптоэлектронику: учебное пособие для
ВТУЗов. М.: Высшая школа. 1991. – 200 с.
3. Кучеров А.П., Кочубей С.М. Метод разложения сложного контура на
элементарные составляющие с использованием предварительного анализа его
структуры.//ЖПС. 1983. Т.38. Вып. 1.С.145-150.
4. Проскура А.И., Дегота В.Я., Кияк Б.Р. О природе свечения керамики
ZnS-Cu. // ЖПС. 1988. Т. 49. Вып. 4. С.684-686.
5. Abdala M.J., Godin A., Noblanc J.P. DC-electroluminescence mechanisms
in ZnS devices //J. Luminescence, 1979. – V.18/19. – №2. – P.743-748.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
