第3章光电材料 - 全部.ppt

第三章 光电显示材料;1.1 概 述;阴极射线管(CRT)在20世纪初的出现，成为活动图像的主要显示手段。传统阴极射线发光材料如三基色：红(Y2O2S:Eu)、蓝(ZnS:Ag)和绿(ZnS:Cu,Al)材料，还需提高纯度，以增强显示亮度和色彩质量。 平板显示技术近年来发展的关键是解决体积过大问题，出现了：液晶显示（LCD, Liquid Crystal Display）技术、场致放射显示（FED, Field Emission Display）技术、等离子体显示（PDP, Plasma Display Panel）技术和发光二极管显示（LED, Light Emitting Diode）技术等。 在高清晰电视、可视电话、计算机、车用及个人数字化终端显示等应用目标的推动下，显示技术正向高分辨率、大显示容量、平板化和大型化方向发展。;3.2 光电显示物理基础;一、光辐射与光;根据光的粒子性：光与材料发生作用时是以不能再细分的微粒即光量子为单位进行的,光强度的大小与光子数成正比。 单个光子的能量： E = hν 光的波长?0与能量的关系可以近似地表示为： ;同时光子也具有一定的动量 P，即;二、半导体的辐射跃迁 ;根据半导体能带结构的不同，本征辐射跃迁分为直接跃迁和间接跃迁两种。;2、间接辐射跃迁 在间接带隙半导体中,可发生从导带所有被占态至价带空态的辐射跃迁。但为了满足动量守恒，必须涉及中间过程。可能性最大的满足动量守恒的中间过程是发射声子（或吸收声子）——间接辐射跃迁。;直接跃迁与间接跃迁的区别： 在能量超过辐射阀值时两者的增长速率不同（间接跃迁较快,如图），但由于间接跃迁几率要比直接跃迁几率小的多，所以间接跃迁的辐射强度要比直接跃迁要弱的多。;例：锗的出射本征复合发射光谱（厚度为1.3?10-3cm 的样品）： 曲线1是出射光谱的实验曲线，在?=1.75?m处出现一个辐射峰。该峰决定于由导带L能谷至价带顶的间接辐射跃迁。 该曲线与理论曲线不完全符合！ 理论计算得到的发射光谱曲线，除了波峰外，在?=1. 52?m处还应该有一个更强的辐射峰。;2.激子辐射复合;在直接带隙半导体中： 自由激子复合通过直接辐射跃迁所发射光子的能量为 h?=Eg-Ex 式中Ex —自由激子的束缚能或离解能。激子受激状态的离解能为n=1的激子基态离解的1/n2。在n=?时离解能为零。使得自由激子复合所产生的光辐射可以由一系列窄谱组成。随n的增加，辐射谱线迅速减弱，同时当存在别的辐射过程时难以分辨出这些n大的激子辐射（如低温时在高纯的砷化钾光致发光光谱上仅识别到了 n=1和n=2的自由激子复合耦合辐射谱线）。;在间接带隙半导体中： 动量守恒要求激子复合跃迁必须附带发射声子。这时所发射光子的能量应为 h?=Eg-Ex-Ep 使得在间接带隙半导体的激子复合发射光谱中观测不到无声子谱线。 附带发射声子的间接跃迁不仅发生于间接带隙半导体的自由激子复合中，而且也常常发生在大多数直接带隙半导体的自由激子复合中。 间接跃迁中激子的热动量交给声子。在这样的间接跃迁中可以发射一个或多个声子。;(2) 束缚激子;3.能带与杂质能级之间的辐射跃迁;(2) 深跃迁;4. 施主与受主间的辐射跃迁;施主—受主对辐射机理具有三个重要特征: 一是如果施主或受主能级不深，这种辐射跃迁可以在施主与受主间距离范围很宽的对中发生； 二是复合时所发射的光子能量为施主-受主对与距离r的函数(h?=E(r))，且随距离的减小而增加； 三是辐射跃迁的几率W(r)随距离的增加而降低。 这些特征导致在发射光谱上表现出特有的光谱结构特性： 1、在发射光谱上可以同时观测到尖细的分离谱线和宽的辐射带，当激发停止后，发光衰减时，辐射带的峰随时间而移向较低的能量值。 2、连续激发时，辐射带的峰随激发强度的增加而向较高的能量方向移动。 3、施主—受主对复合发射光谱的形态和辐射带峰的能量位置随温度而变化。;半导体中，在辐射复合的同时也常常发生无辐射复合，并且有些情况下无辐射复合可以是主要的复合过程。 有时辐射内量子效率可以比1小得多，甚至小的微不足道。相应的自由载流子寿命也比考虑辐射复合过程时要低几个数量级（如，室温时理论计算纯锗的辐射复合寿命为0.3s，但实际测得寿命为毫秒数量级，有时甚至低于1?s。因而在锗中存在无辐射复合过程的可能性比辐