Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 22 - Lysmekanismen vid luminescens, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
förra fallet ger nämligen störatomerna en fylld
energinivå tätt under ledningsbandet, i det
senare en tom energinivå tätt över valensbandet.
I en kristall med donatorer kan sålunda
elektroner från störatomerna bara på grund av den
termiska energin vid rumstemperatur,
excite-ras upp till ledningsbandet där de blir
rörliga. De hål, som de kvarlämnar är däremot
bundna därför att de inte kan fyllas från
valensbandet. Ledningen sker alltså uteslutande
genom elektroner och kallas n-ledning. Har
kristallen i stället acceptorer blir hålen i
valensbandet rörliga, medan motsvarande
elektroner är bundna; ledningen sker genom
transport av hål och kallas p-ledning.
Om ett halvledarskikt på något sätt berövas
sina laddningsbärare, blir det isolerande; det
sägs ge ett spärrskikt. Placeras t.ex. en
n-leda-re i kontakt med en metall, strömmar
elektroner från halvledaren över till metallen därför
att elektronerna i den förras ledningsnivå har
högre energi än metallens elektroner. I
halvledaren kvarlämnas då ett antal bundna hål,
dvs. positiva joner i störcentra. Dessa binder
en lika stor negativ laddning på metallens yta
tills jämvikt nåtts, och ett spärrskikt uppstår.
Denna process kan åskådliggöras som en
förskjutning av halvledarens energiband (fig. 4).
Lägger man nu en spänning över systemet så
att metallen blir positiv i förhållande till
halvledaren, pressas elektroner från halvledarens
inre in i spärrskiktet som härvid förtunnas.
Energibanden höjs, och elektroner kan flyta
från halvledaren till metallen. Likriktaren har
genomsläpp. Vid omvänd yttre spänning
(metallen negativ i förhållande till halvledaren)
sugs elektroner bort från gränsskiktet,
spärrskiktet blir tjockare, och likriktaren spärrar.
I spärrskiktet uppstår en potentialbarriär vars
höjd är omvänt proportionell mot
elektronkoncentrationen (fig. 5). För en n-ledare växer
barriärens höjd givetvis med växande negativ
potential hos metallen.
Elektroluminescens
Under vissa betingelser kan man erhålla ljus
genom att lägga en elspänning över en kristall
av en lämplig halvledare eller genom att låta
ett varierande elektriskt fält påverka ett skikt
av en lämplig kristallfosfor, suspenderad i ett
dielektrikum. Härvid omvandlas elenergi
direkt till ljus. Denna elektroluminescens iakttogs
först hos kiselkarbidkristaller och senare hos
vanliga kristallfosforer, t.ex. zinksulfid
aktiverad med koppar eller mangan.
Om kiselkarbidkristaller bringas i kontakt
med två metallelektroder över vilka en
likspänning läggs, kan de lysa i vissa punkter i
närheten av elektroderna. Ljusutbytet blir
emellertid dåligt på grund av stor halt av
föroreningar i kiselkarbiden. Fenomenet har därför
åtminstone tills vidare bara teoretiskt intresse.
Man anser att luminescensen i kiselkarbid
beror på rekombination av laddningsbärare i
Fig. 6. Excitering genom kollision mellan elektroner
och aktivatoratomer viel elektroluminescens; 1
elektroner frigörs i gränsskiktet vid hög spänning, 2
elektroner accelereras i ledningsbandet, 3 elektroner
kolliderar med aktivatoratomer, I aktivatorn
joniseras eller exciteras.
p-n-skikt. Genom störningar av olika slag i
ki-selkarbidkristallens gitter uppstår nämligen
laddningsbärare både i form av rörliga
elektroner i ledningsbandet och rörliga hål i
valensbandet. Vissa gitterdefekter verkar alltså
som donatorer och andra som acceptorer, och
ett p-n-skikt uppstår i kristallen där de båda
typerna av störcentra gränsar intill varandra.
En viss diffusion av elektroner och hål mot
varandra uppstår i gränsskiktet. Härvid
utbildas en potentialdifferens som motverkar
dif-fusionen varför en jämvikt uppstår. Man får
uppenbarligen ett spärrskikt i kristallen.
Lägger man nu en spänning i spärrskiktets
genom-släppsriktning, dvs. så att elektroner kan röra
sig mot p-skiktet och hål mot n-skiktet, störs
jämvikten; elektroner och hål kan
rekombine-ra. Finns nu lämpliga aktivatorer i närheten av
spärrskiktet, kan hål i valensbandet fyllas med
elektroner från en aktivators grundnivå. I
nästa steg kan aktivatorn då fånga in elektroner
från ledningsbandet varvid den exciteras. Den
kan sedan återgå till grundtillståndet under
fotonemission.
Antar man att p- och n-zonerna i ett p-n-skikt
överlappar, kan elektroner från donatorerna
fylla de hål som kvarlämnats i valensbandet
när acceptorerna tagit upp elektroner.
Härigenom uppstår en zon där koncentrationen av
laddningsbärare är relativt liten. Denna zon
kan sägas likna en vanlig kristallfosfor varvid
de fyllda acceptorerna motsvarar
aktivatorer-na, medan de tomma donatorerna är analoga
med elektronfällorna.
Kristallfosforer, såsom sulfider, är n-ledare,
ocli p-n-skikt utbildas inte i dem. De har alltså
bara donatorer. Deras aktivatorcentra kan
emellertid exciteras eller joniseras genom
kollision mellan atomer och ledningselektroner
som accelererats i lokala, starka fält. Om t.ex.
en kristall av kopparaktiverad zinksulfid är i
kontakt med två elektroder över vilka en lik-
TEKNISK TIDSKRIFT 1958 5 79
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
