Электрический пробой и электролюминисценция пленок ZnStMn, полученных высокочастотным магнетронным распылением Жигольский, Александр Анатольевич

Введение к работе

Актуальность - работыг~~~ 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 создание электролюминесцентных (ЭЛ) экранов. Электролюминесцентный экран является серьезным конкурентом электронно-лучевой трубки и имеет ряд преимуществ. Он является технологичным и может иметь достаточно большую площадь при высокой равномерности характеристик. Кроме того, в одном технологическом цикле могут изготавливаться просветляющие покрытия и светопоглощаюаще 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 электролюминофоров, представляющих интерес для использования их в ЗЛ приборах. Наиболее используемым является сульфид цинка (ZnS), легированный различными элементами (Ag, Си, Мл, Но, ТЬ н 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 режимы 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 электролшинесцентных экранов с высокими электрическими и яркостными характеристиками.

Данная работа выполнялась . в рамках 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 И. 03.93.)-

Цель работы. Оптимизация технологических условий нанесения пленок. ZnS:Mn высокочастотным магнетронним распылением, исследование механизма электрического пробоя этих пленок, анализ процессов, происходящих в системах In_xOy-ZnS:Mn-Al при возбуждении электролюминесценции. * НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. Впервые" экспериментально обосновано, что характер температурной зависимости электрической прочности пленок ZnS:Mn в значительной степени определяется наличием . в пленке адсорбированной воды.

2. Проведены комплексные исследования электрического пробоя тонкопленочных систем (ТПС) Me-ZnS:Mo-Me и In_xO_y-ZnS:Mn-Me на линейно нарастающем! 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.

3. На основании анализа экспериментально наблюдаемых волны яркости и импульса тока при воздействии на тонкопленочную систему In_xO_y-ZnS:Mn-Me одиночным импуЛьсом напряжения в рамках модели прямого ударного возбуждения- активатора - горячими электронами сделан вывод о возбуждении марганцевых центров; люминесценции на промежуточные энергетические уровни, находящиеся выше уровней, ответственных за излучательные переходы в основное состояние.

4. 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:Мп.

2. Разработана технология получения^ пленок--2nS:Mn—методом" высокочастотного—магнетронного распыления, позволяющая изготовлять электролюминесцентные системы с высокими рабочими характеристиками.

3. 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.-

4. Результати диссертационной работы по разработке технологии получения и исследованию электронных процессов в пленках ZnS:Mn внедрены на предприятиях и научных лабораториях г.Томска.

1. Немонотонность температурной зависимости электрической прочности пленок ZnS:Mn 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 ТПС имеют монотонно спадающую зависимость электрической прочности от температуры.

2. На основании частотно-импульсных измерений электрической прочности пленок ZnS:Mn, 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 разрушения пленки сульфида цинка за счет протекания токов большой плотности . в локальных участках ТПС.

3. В рамках модели'прямого ударного возбуждения активатора горячими электронами электролюминесценция в пленках "ZnS:Mn определяется возбуждением марганцевих центров люминесценции на промежуточные энергетические уровни, находящиеся выше уровней, ответственных за иэлучательные переходы в основное состояние.

4. 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.