Введение к работе
Актуальность темы. Тонкпленочные электролюми-нисцентные излучатели являются одними из самых перспективных для создания плоских экранов систем отображения информации. Высокая разрешающая способность и большая крутизна вольтяркостной характеристики позволяют также создавать преобразователи излучения и изображения, приборы ночного видения и много других устройств, где требуется высокая разрешающая способность и большая крутизна передаточной характеристики.
Изучению функции распределения электронов по энергиям в ZnS посвящен ряд работ. Достаточно подробно изучены процессы возбуждения активных центров в порошковых и пленочных системах . Много работ было посвящено изучению влияния толщины электролюминесцентного слоя на яркость и эффективность излучения, однако сверхтонкие образцы толщиной менее 500А не были изучены. В настоящее время, в связи с развитием нанотехно-логии, несомненный интерес представляет изучение электролюминесцентных свойств сверхтонких плёнок. С уменьшением толщины в тонких плёнках возникают процессы размерного квантования, которые оказывают влияние на распределение электронов по энергиям, а также наэлектролюминесцентные свойства.
В последнее время появились работы, показывающие, что электрическое поле в пленках изменяется не
пропорционально приложенному внешнему напряжению. Ряд других исследователей сообщают, что электрическое поле в злектролюминесцентной структуре по толщине неоднородно, процессы возбуждения активных центров происходят неодинаково и поэтому свечение различных слоев сильно неоднородно, но неизвестно, как электрическое поле распределено по толщине.
Электролюминесцентные излучающие системы могут быть созданы на основе слоистых структур, так называемых сверхрешёток. Для таких систем, у которых размеры слоев меньше длины волны излучения, необходимо изучать влияние тонких интерференционных эффектов на внешний выход люминесценции. Расчёт таких слоистых структур возможен лишь с привлечением методов эллипсометрии
Влияние меди на возбуждение активных центров хорошо изучено для порошковых излучателей, но нет полной ясности, что даёт введение меди в плёночные структуры.
Процессы деградации электролюминофоров, связанные с химическими реакциями и электродиффузией хорошо изучены. Но не проводились исследования процессов ударного воздействия электронов высокой энергии на активные центры, и их связи со старением электролюминофоров. Всё вышеизложенное подтверждает актуаль-ость данной работы, цель которой состоит в изучении
распределения горячих электронов по энергиям вдоль толщины образца, изучении электрического поля по толщине образца при различных значениях приложенного напряжения, а также сравнении процессов деградации медьсодержащих и безмедных тонкопленочнкх структур.
В работе решались следующее основные задачи:
1. Изучить распределение электронов по энергиям, в
зависимости от толщины образца и в зависимости от
величины электрического ПОЛЯ.
2. Получить профиль распределения электрического
поля по толщине в зависимости от величины приложен
ного напряжения и толщины образца.
3. Рассмотреть электронные процессы возбуждения
активных центров и процессы деградации в медьсодер
жащих и безмедных структурах.
Научная новизна. Впервые получена функция распределения электронов по энергиям в сильном электрическом поле для сверхтонких плёнок сульфида цинка, позволяющая оценить эффективность возбуждения активных центров. Экспериментально подтверждено, что для плёнок толщиной менее 500А возникают процессы размерного квантования, которые уменьшают рассеяние на оптических фононах, а это приводит к более сильному нагреву электронного газа и, соот-
ветственно, к более высокой эффективности возбуждения активных центров.
Показано, что в тонких пленках ZnS под дсйсз>-вием внешнего электрического поля происходят процессы ионизации примесей, дефектов и самой решетки, в результате чего образуется пространственный заряд, который формирует внутреннее поле. Это внутреннее поле складываясь с внешним образует результирующее поле, которое концентрируется около катодной части структуры, поэтому свечение пленок по толщине сильно неоднородно.
Проведён сравнительный расчёт сечений возбуждения ионов меди и марганца. Показано, что медь, в отличии от марганца, образует заряженный дефект в решётке сульфида цинка и поэтому сильнее взаимодействует с быстрыми электронами.
Проведены расчёты тонких интерференционных эф
фектов для многослойных электролюминесцентных
структур. Показано, что электролюми-
несцентный слой, находящийся в сильном электрическом поле, можно условно разделить на три части: область ускорения электронов, которая находится у поверхности отрицательного потенциала, область движения электронов с высокой энергией и область движения электронов с низкой энергией. Поэтому приповерхностные области электро-
люминесцентного слоя в переменном электрическом поле находятся под направленным действием потока электронов высокой энергии, в результате ионы меди могут перемещаться к поверхности и закрепляться на дефектах.
Практическая ценность. Предложена конструкция элек
тролюминесцентного излучателя на основе слоистых
структур, в которой сверхтонкий электролюминес-
центный слой, где происходит ускорение электронов и возбуждение активных центров чередуется с балластным слоем, где электроны распределяют свою энергию между другими электронами и, таким образом, затрудняются явления, связанные с пробоем.
Рассчитаны тонкие интерференционные эффекты, с целью повышения внешнего выхода электролюминесценции.
Предложена конструкция элекролюминесцентного излучателя постоянного тока, не содержащего медь, на основе гетероперехода p-Si/2nS:Mn, обладающего повышенной стабильностью.
На защиту выносятся следующие научные положения и вновь полученные результаты:
1.Результаты расчета распределения электронов по энергиям в сильном электрическом поле в сверхтонких пленках ZnS.
2.Результаты экспериментов по определению профиля распределения электрического поля вдоль толщины пленки ZnS.
3.Результаты экспериментов по изучению зависимости эффективности возбуждения марганцевых центров от толщины пленки ZnS.
4.Результаты исследования светотехнических параметров электролюминесцентного излучателя постоянного тока на основе гетероперехода p-Si/ZnS:Mn.
5.Экспериментальные результаты изучения процессов деградации медьсодержащих и безмедных структур.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
докладывались: на конференциях по итогам научно-
исследовательской работы профессорско-
преподавательского состава Ставропольского политехни
ческого института; на международной конференции по лю
минесценции (Москва ФИАНД994); на всероссийской науч
но-технической конференции ЭЛЕКТРОНИКА. И ИНФОРМАТИКА -
95 (Зеленоград 1995); на научно-технической конферен
ции «Перспективные материалы и технологии для средств
отображения информации» (Кисловодск 1996).
Публикации. По результатам, изложенным в диссертации, опубликовано пять работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 115 страницах, содержит 23 рисунка. Библиографический список состоит из 85 наименований.