Спектральные характеристики электролюминофора ZnS:Cu,Mn
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 λmах = 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 λmах = 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.
|