Помимо света из области собственного или примесного поглощения, вторым возбуждающим агентом могут служить также α-, γ-, рентгеновские или катодные лучи.
Если Вфэл -яркость свечения при одновременном действии поля и света, а Вфл и Вэл - яркость при возбуждении люминофора только светом и только полем, то добавочное свечение при двойном возбуждении удобно характеризовать следующей величиной:
ΔB = Вфэл - (Вфл + Bэл).
В общем случае ΔВ может быть как положительным, так и отрицательным, т. е. может наблюдаться ослабление свечения или его усиление (рис. 6). При малых полях, при которых еще нет заметной ЭЛ наблюдается только тушение фотолюлминесценции, а при более высоких - преобладает усиление свечения, хотя тушение присутствует и при этих напряжениях. Таким образом, при достаточно больших полях общее изменение яркости ΔВ может состоять из двух частей, одна из которых связана с изменением ФЛ в электрическом поле, а другая - с изменением ЭЛ при освещении:
ΔВ=ΔВфл+ΔВэл
При малых напряжениях V, второе слагаемое отсутствует, и благодаря тушению, ΔВ отрицательно. При более высоких V преобладает ΔВэл, которое в зависимости от типа образца и условий опытов может быть как положительным, так и отрицательным. В результате суммарное ΔВ также может иметь различные знаки. Все это приводит в общем случае к большомy разнообразию и запутанности наблюдающихся явлений.
Свойства ФЭЛ изучались как на электро-, так и фотолюминофорах различного состава и вида (порошки, монокристаллы, пленки)[40-42]. В частности, кривые Вфэл (V), сходные по форме с приведенными на рис. 6, были получены для пленок ZnS:Mn [43].
При включении или выключении поля наблюдаются различного рода переходные явления. Так, если люминофор в обычной ячейке возбуждается ультрафиолетовым светом, то включение небольшого переменного напряжения приводит сначала к вспышке (эффект Гуддена и Поля), затем к временному значительному тушению и, далее, к постепенному уменьшению тушения до стационарного уровня. Выключение напряжения вновь может сопровождаться вспышкой с последующим относительно медленным восстановлением первоначальной яркости ФЛ.
В дальнейшем рассматриваются основные свойства установившегося свечения при двойном возбуждении люминофоров переменным полем и ультрафиолетовым светом (365 нм), причем имеется в виду средняя по времени яркость свечения. Данные о тушении и усилении свечения относятся к одним и тем же порошкообразным электролюминофорам, что позволяет сопоставить свойства трех явлений, связанных с действием поля и облегчает рассмотрение вопроса о происхождении этих явлений.
1.4.4.Тушение фотолюминесценции полем
В работах [40-42] исследовано тушение фотолюминесценции образцов ZnS:Сu с зеленым свечением (ЭЛ-510 и ФК-106). Слои порошкообразных люминофоров толщиной 30-50 мкм находились во время измерений в вакууме. Общий вид зависимости Вфэл от напряжения V был одинаковым как для электро-, так и фотолюминофора, хотя для последнего значения V, при которых появлялась заметная ЭЛ, увеличивались примерно в 10 раз. В минимуме кривой Вфэл на рис. 6 ΔВфл составляет обычно несколько процентов от величины Вфл.
Зависимость абсолютной величины тушения ΔВфл от напряжения V приведена на рис. 7.
В области малых V и в области более высоких V, в которой наблюдается одновременно небольшая ЭЛ и гашение фотолюминесценции, величины ΔВфл и Вэл подчиняются одной и той же эмпирической зависимости:
В~ехр (-bкV-1/2)
хотя величина bк для случая тушения в несколько раз меньше, чем в случае ЭЛ. Кроме того, частотные зависимости этого параметра также сходны в обоих случаях. Это позволяет предположить, что основные механизмы действия поля при тушении ФЛ и возбуждении ЭЛ одинаковы. Так как ЭЛ в этих образцах возбуждается ускоренными носителями тока, то и тушение может быть связано с тем же основным процессом. Малая величина bк отражает тогда переход электронов через меньший энергетический интервал. По мере старения образцов с течением времени ΔВфл и Вэл уменьшаются одинаковым образом [43].
Поскольку ЭЛ возбуждается в малых областях кристаллов, соответствующих энергетическим барьерам, то и тушение ФЛ происходит, очевидно, преимущественно в тех же областях кристаллов. Исходя из предыдущего и допуская наиболее простую схему внешнего тушения ФЛ, можно принять следующую упрощенную модель явлений [43, 44]. В местах концентрации поля в кристаллах (например, поверхностных барьерах) при малых V возможны переходы валентных электронов на уровни центров свечения, освобожденные светом.
В более общем случае следует учитывать одновременно тепловое и полевое освобождение дырок из центров свечения и исходить из решения кинетических уравнений, относящихся как к барьерной области кристалла, так и его объему. Получаемое таким путем выражение для ΔВ правильно описывает наблюдающиеся зависимости ΔВ от напряжения, интенсивности освещения и температуры [45]. Если в области низких температур Iф >> Iт,то кривая ΔВ (Т) также может иметь максимум, так как при неизменном токе повышение Т способно привести к увеличению Vо из-за возрастания концентрации электронов в объеме кристалла вследствие перераспределения потоков рекомбинации через центры излучения и тушения. В области более высоких Т, когда Iт> Iф, Vо будет вновь уменьшаться, как и в рассмотренном ранее случае слабого освещения.
Следует заметить, что для люминофоров других типов получаются в целом те же по форме характеристики гашения, что и упоминавшиеся выше. Например, температурная зависимость тушения с максимумом наблюдалась также для люминофоров типа ZnS:Рb. Частотные зависимости ΔВфл, имеющие для образцов ЭЛ-510 вид кривых с насыщением у частот порядка нескольких килогерц, характерны как для других образцов ZnS:Cu [46, 47], так и фотолюминофоров ZnS:Pb. В последнем случае максимум ΔВфл (f) перемещался к малым f при уменьшении напряжения, как это наблюдается и для Вэл. Частотная зависимость тушения имеет, по-видимому, то же происхождение, что и при ЭЛ, возбуждаемой прямоугольными импульсами хотя поляризация кристаллов и снижение внутреннего поля происходит здесь вследствие накопления неравновесных носителей, созданных нe полем, а светом.
1.4.5.Изменение электролюминесценции при освещении
Из рисунка 6 следует, что начиная с определенных напряжений, наблюдается рост яркости, т. е. появляются процессы, приводящие к усилению свечения при одновременном действии света и поля. При этом измеренное ΔВ=ΔВфл+ΔВэл проходит через нуль и становится положительным. Свойства добавочного свечения имеет смысл, очевидно, рассматривать и сравнивать со свойствами самой ЭЛ только в том случае, если ΔВэл отсчитывается от уровня фотолюминесценции при тех же напряжениях. Для ряда образцов, особенно при подобранных условиях возбуждения (высокие V), ΔВфл мало и практически все добавочное свечение обусловлено изменением ЭЛ (ΔВ≈ΔВэл). В других случаях необходимо вводить поправку на гашение ФЛ. Если усиление и ослабление свечения наблюдается в одной спектральной области, то разделить их при больших V невозможно, поэтому приходится прибегать к экстраполяции кривых ВФЛ (V) в область больших напряжений.
Нa рис. 8 приведены зависимости от напряжения как добавочного свечения, так и самой ЭЛ. Введение поправки на тушение сближает наклоны прямых добавочного свечения и ЭЛ. То, что Δ1 подчиняется эмпирическому закону, справедливому для ЭЛ, свидетельствует о сходстве механизмов возбуждения полем в обоих случаях. Так как свет, способный вызвать ФЭЛ, увеличивает электропроводность люминофора, естественно предположить, что добавочное свечение связано с носителями, освобожденными при поглощении света. В этом случае первоначальный ток, входящий в барьеры, равен сумме темнового и фототока (Iо=Iт+Iф) и яркость Вфэл-Вфл~I0 (М-1), где М - коэффициент умножения. При слабом освещении, когда IФ мал по сравнению с Iт, напряжение V0 почти не изменяется и ЭЛ, входящая в состав фотоэлектролюминесценции, примерно такова же, как и без освещения. В этом случае наклоны зависимостей ln В от V-0,5 для ΔВэл и Вэл должны быть одинаковы (рис. 8). При сильном освещении (Iф>>Iт) ионизация и свечение соответствуют новым (сниженным) значениям Vo и наклон для ΔВэл может отличаться от наклона кривых яркости ЭЛ. В этом случае имеет смысл рассматривать изменение наклона величины Δ2=Вфэл-Вфл, которая соответствует ЭЛ, связанной как с темновыми, так и фотоносителями. Увеличение интенсивности освещения Ф отвечает тогда росту параметра I1R и должно привести к появлению зависимости наклона кривых Δ2 от Ф с минимумом. Опытная зависимость наклона от Ф имеет такой же вид [46-48].
Таким образом, изменения тока через кристаллы и падения напряжения в объеме кристаллов I1R, от которого зависит наклон b1 зависимости ln В от V-0,5, могут быть получены различными способами: изменением температуры интенсивности облучения и размера кристаллов d. При этом кривые b1 (Т), b1(Ф) и b1(d) имеют одну и ту же форму [46-48].