Введение к работе
Актуальность работы. В современной технике все большее значение приобретают средства визуального отображения информации. Электронно-лучевые трубки, обеспечивающие наибольшую полноту и гибкость представления информации, вступили в противоречие с растущими возможностями микрозлектронной аппаратуры. Поэтому возникла необходимость создания твердотельного аналога электронно-лучевой трубки - плоского экрана, который должен быть легким, прочным, хорошо согласующимся с интегральными микросхемами управления.
Одним из вариантов решения данной проблемы является созданий электролюминесцентных (ЭЛ) экранов. Электролюминесцентный экран является серьезным конкурентом электронно-лучевой трубки и имеет ряд преимуществ. Он является технологичным н может иметь достаточно большую площадь при высокой равномерности характеристик. Кроме того, в одном технологическом цикле могут изготавливаться просветляющие покрытия и светопоглощающие слои. Экраны имеют малую толщину и массу, высокую механическую прочность, широкий диапазон рабочих температур (-60 - 125С), малую потребляемую мощность-. В настоящее время существует большое разнообразие злектролюмииофоров, представляющих интерес для использования их в ЭЛ приборах. Наиболее используемым является сульфид цинка (ZnS), легированный различными элементами (Ag, Си, Мп, Но, ТЬ и др.) для получения различных цветов свечения.
Уже на протяжении нескольких десятилетий ведутся работы по исследованию электролюминесцентных свойств пленок сульфида цинка, признанного наиболее эффективным и практичным материалом для изготовления ЭЛ экранов. Однако, до сих пор нет единой точки зрения на механизмы электролюминесценции и переноса носителей заряда в ZnS-электролюминофорах; не отработаны оптимальные технологические режими и методы получения пленочных люминофоров; не установлены факторы, влияющие на стабильность ЭЛ систем. Исследования, направленные на решение этих и ряда других вопросов имеют как практическое, так и научное значение в плане создания надежных электролюминесцентных экранов с высокими электрическими и яркостными характеристиками.
Данная работа выполнялась в ргшках государственной научно-технической программы " Перспективные информационные
технологии" по направлению "Телевидение высокой четкости и перспективные средства визуального отображения информации" (постановление ГК СССР по науке и технике № 831 от 04.06.91. и распоряжения Мин. науки, высшей школы и технической политики РФ № 1514ф от 11.06.92 и № 444ф от 11. 03.93.)'
Дель работы. Оптимизация технологических условий нанесения пленок ZnS:Mn высокочастотным магнетронним распылением, исследование механизма электрического пробоя этих пленок, анализ процессов, происходящих в системах InxOy-ZnS:Mn-Al при возбуждении электролюминесценции. ' -НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.
-
Впервые" экспериментально обосновано, что характер температурной зависимости электрической прочности пленок ZnS:Mn в значительной степени определяется наличием . в пленке адсорбированной воды. _ ' .'
-
Проведены комплексные исследования электрического пробоя тонкопленочных систем (ТПС) Me-ZnS:Mo-Me и InxOy-ZnS:Mn-Me на линейно нарастающем і импульсном и переменном напряжениях. Полученные результаты интерпретированы с учетом электронно-микроскопических исследований морфологии каналов пробоя и" расчета температурного режима токопереноса в локальных участках ТПС, на основании чего предложен механизм пробоя исследуемых тонкопленочных систем.
-
На основании анализа экспериментально наблюдаемых волны яркости и импульса тока при воздействии на тонкопленочную систему InxOy-ZnS:Mn-Me одиночным импульсом напряжения в рамках модели прямого ударного возбуждения- активатора-горячими электронами сделан вывод о возбуждении марганцевых центров t' люминесценции на промежуточные энергетические уровни, находящиеся выше уровней, ответственных за излучательные переходы в основное состояние.
-
Установлено, что пленки ZnS:Mn, нанесенные методом высокочастотного магнетронного распыления со скоростью меньше некоторой критической (< 8 нм/мин) практически не проявляют электролюминесцентных свойств.
1. Полученные результаты вносят вклад в понимание физических процессов, связанных с механизмом возбуждения электролюминесценции в тонкопленочных системах на основе ZnS:Mn.
-
Разработана технология получения пленок ZnS:Mn методом высокочастотного магнетронного распыления, позволяющая изготовлять электролюминесцентные системы с высокими рабочими характеристиками.
-
На основании результатов исследования физических процессов электролюминесценции и электрического пробоя тонкопленочных систем на основе ZnS:Mn выработаны практические рекомендации .по созданию электролюминесцентных систем высокой эффективности и надежности.
-
Результаты диссертационной работы по разработке технологии получения и исследованию электронных процессов в пленках ZnS:Mn внедрены на предприятиях и научных лабораториях г.Томска.
-
Немонотонность температурной зависимости электрической прочности пленок ZnS:Wn в области температур от 20 до 180 С определяется влиянием адсорбированной воды в пленке ZnS-.Mn на стадии изготовления и хранения тонкопленочной системы. Приготовленные в"сухих" условиях или отожженные при Т> 140 С ТОО имеют монотонно спадающую зависимость электрической прочности от температуры.
-
На основании частотно-импульсных измерений электрической прочности пленок ZnS:Mii, электронно-микроскопических исследований морфологии каналов пробоя и численного решения нестационарного уравнения теплопроводности показано, что основной вклад в формирование пробоя тонкопленочных электролюминесцентных систем на основе ZnS:Mn вносят процессы термического разрушении пленки сульфида цинка за счет протекания токов большой плотности в локальных участках ТПС.
-
В рамках модели прямого ударного возбуждения активатора' горячими электронами электролюминесценция в пленках ZnS:Mn определяется возбуждением марганцевых центров люминесценции на промежуточные энергетические уровни, находящиеся выше уровней, ответственных за излучательные переходы в основное состояние. '
-
Технологические режимы нанесения пленок 'ZnS:Mn методом высокочастотного магнетронного распыления, позволяющие получать пленки с высокими электрическими и светотехническими характеристиками.
Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции по электролюминесценции (Ангарск 1991), конференции по электронным материалам ( Новосибирск 1992), VII Всесоюзном - I Международном совещании по физике, химии и технологии люминофоров "Люминофор - 92" (Ставрополь 1992), Российской научно-технической конференции по физике диэлектриков с международным участием "Диэлектрики - 93" (Санкт-Петербург 1993), научно-технической конференции " Перспективные материалы и технологии для средств отображения информации" (Кисловодск 1996), ' Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск 1996).
ПУБЛИКАЦИИ. Всего по теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 144' наименований и содержит 150 страниц, в том числе .65 рисунков на 44 страницах и две таблицы.