The effect of Mn concentration on ZnS: Mn electroluminescence decay

Abstract

Luminescence decay of ZnS: Mn films after electric field switching-off was investigated in dependence on the Mn concentration, which changes from 0.1 to 7 wt%. The decay of electroluminescence does not depend on the charge polarization and RC-time constant of the film cell but it is determined by the kinetics of radiative transition in the Mn2+ ion. It is established that an increase of the Mn concentration above 0.3 wt% leads to the following effects: 1) the rate of decay increases, 2) the decay curves are described at the given concentration by a sum of two exponents rather than a simple exponential law, 3) the decay time constants of both the exponential sections decreases. On the basis of the results obtained and of literature data analysis it is concluded that the observed effects in electroluminescence decay are due not only to the concentration quenching of luminescence but to the formation of new manganese centers or the occurrence of new transitions in them, characterized by a smaller excited-state lifetime than the lifetime of Mn2+ isolated ion. Es wird das Abklingen der Lumineszenz von ZnS: Mn-Schichten nach Abschalten des elektrischen Feldes in Abhängigkeit von der Mn-Konzentration, die zwischen 0,1 und 7 Gew.% variiert, untersucht. Der Abfall der Elektrolumineszenz hängt nicht von der Ladungspolarisation und RC-Zeitkonstante der Schichtzelle ab, sondern wird durch die Kinetik des Strahlungsübergangs im Mn2+ -Ion bestimmt. Es wird gefunden, daß eine Erhöhung der Mn-Konzentration über 0,3 Gew.% zu folgenden Effekten führt: 1) die Abklinggeschwindigkeit nimmt zu, 2) die Abklingkurven lassen sich bei der gegebenen Konzentration eher durch eine Summe von zwei Exponenten als durch ein einfaches Exponentialgesetz beschreiben, 3) die Zeitkonstante des Abklingens beider exponentieller Abschnitte nimmt ab. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse und einer Analyse von Werten aus der Literatur wird geschlossen, daß die beobachteten Effekte des Abklingens der Elektrolumineszenz nicht durch eine Konzentrationstilgung der Lumineszenz, sondern durch das Auftreten neuer Manganzentren oder durch das Auftreten von neuen Übergängen in ihnen hervorgerufen werden, die durch eine kürzere Lebensdauer der angeregten Zustände als die Lebensdauer der isolierten Mn2+ -Ionen charakterisiert sind.