Введение к работе
Актуальность темы. Широкое использование и постоянная модернизация таких средств отображения информации как цветные LCD-мониторы, дисплеи мобильных телефонов и карманных персональных компьютеров, а также использование электролюминесценции в рекламном бизнесе, системах безопасности и защитных технологиях ставят перед исследователями задачу по разработке эффективных электролюминофоров, обеспечивающих создание компактных, энергоэкономичных, устойчивых к механическим воздействиям устройств подсветки, отображения и преобразования информации. Однако электролюминесцентные устройства (ЭЛУ) представляют собой сложные полупроводниковые системы, что, в свою очередь, требует детального изучения особенностей их синтеза, в том числе на основе исследования характера протекания твердофазного взаимодействия компонентов в процессе формирования электролюминесцентной гетероструктуры с заранее заданными параметрами.
Исследования в области электролюминесценции (ЭЛ) поликристаллических полупроводниковых структур со времени открытия этого явления Ж. Де-стрио для переменного электрического поля базируются главным образом на соединениях A Bv. При этом среди различных типов современных устройств отображения информации (УОИ) - электронно-лучевых, жидкокристаллических, вакуумно-флуоресцентных, плазменных и т.п. — электролюминесцентные УОИ занимают особое место благодаря непосредственному преобразованию электрической энергии в световую.
В связи с этим, исследование методов синтеза и свойств электролюминофоров, возбуждаемых переменным электрическим полем (ЭЛФ) конкретного состава важно как для практического их использования, так и для изучения фундаментальных физических и химических процессов, протекающих при получении и применении полупроводниковых структур.
Среди ЭЛФ, выпускаемых российской и зарубежной промышленностью, наиболее высокой яркостью и стабильностью обладают цинксульфидные люминофоры зелёного цвета свечения. В то же время в связи с появлением мобильной электроники с электролюминесцентной подсветкой экрана появилась потребность в расширении гаммы цветов электролюминесцентных источников света (ЭЛИС), в частности, разработки устройств белого цвета свечения повышенной яркости и стабильности, работающих при пониженных напряжениях. Однако при синтезе электролюминофоров, удовлетворяющих современным требованиям, возникает ряд проблем, которые связаны с недостаточностью данных о влиянии таких параметров, как временной режим, атмосфера синтеза, и др. на светотехнические параметры люминофоров, их эффективность и гранулометрический состав.
В соответствии с вышесказанным, целью работы являлась разработка эффективных электролюминофоров жёлтого, белого и переменного цветов свечения на основе системы ZnS:Cu,Mn - Сиг-xS с улучшенными цветовыми и яр-костными характеристиками для подсветки, например, ЖКИ, а также для устройств с цветовым кодированием, используемым для защиты ценных бумаг.
Для достижения' поставленной цслії решались задачи:
по исследованию влияния условий синтеза, в частности атмосферы прокаливания, на состав, совершенство кристаллической структуры и светотехнические характеристики электролюминофоров;
по поиску закономерностей изменения свойств поверхности люминофоров в зависимости от условий синтеза, а также корреляций этих свойств с электрооптическими характеристиками ЭЛФ;
по изучению особенностей формирования проводящей фазы сульфида меди в матрице - сульфиде цинка;
по исследованию влияния препаративных условий синіеза электролюминофоров.на основе халькогенидов цинка, активированных медью и марганцем, на светотехнические параметры ЭЛФ.
Научная новизна:
установлены закономерности и механизм формирования электролюминесцентной гетероструктуры в квазизамкнутой системе; в том числе щучено влияние времени прокаливания на формирование р-п-гетероперехода ZnS:Cu,Mn - Cu2-xS, а, следовательно, на яркость и стабильность электролюминесценции.
впервые показано, что при определенном соотношении активатора и токопроводящей гетерофазы происходит сглаживание спектра электролюминесценции исследуемых объектов в широком диапазоне длин волн и как результирующий эффект - впервые предложены способы регулирования цветовых характеристик электролюминофоров состава ZnS:Cu,Mn в широких пределах в зависимости от назначения;
экспериментально доказано, что выделение фазы сульфида меди и образование электролюминесцентного гетероперехода зависит от способа прокаливания шихты ЭЛФ. На основании полученных данных определены оптимальные технологические условия синтеза ЭЛФ на основе ZnS:Cu,Mn.
впервые выявлена корреляция между яркостью свечения, интегральной оптической плотностью и габитусом кристаллов электролюминофоров состава ZnS:Cu,Mn, синтезированных в квазизамкнутой системе
Практическая значимость работы:
проведена оптимизация состава шихты ЭЛФ жёлтого цвета свечения Э-580-50, заключающаяся в выборе оптимальных количеств активаторов и замене плавня, что позволило повысить яркость свечения в 3,1 и 1,2 раза (при частотах возбуждающего поля 50 Гц и 400 Гц, соответственно) и улучшить гранулометрический состав;
впервые предложено и обосновано применение газифицирующих реагентов, дополнительно вводимых в шихту для создания восстановительной атмосферы и дополнительной защиты люминофора от окисления кислородом воздуха в процессе синтеза, при этом яркость свечения ЭЛФ на основе ZnS:Cu,Mn жёлтого, белого и переменного цветов свечения увеличивается более чем в 8 раз по сравнению с образцами, в шихту которых не вводились предложенные нами газифицирующие реагенты;
разработаны способы регулирования цветовых характеристик электролюминофора переменного цвета свечения в широком диапазоне в зависимости от его назначения путём варьирования количественным составом шихты, не изменяя её качественного состава;
впервые предложены новые методики получения ЭЛФ жёлтого, белого и переменного цветов свечения повышенной яркости на основе системы ZnS:Cu,Mn с минимальными качественными и количественными различиями в составе шихты, что позволяет получать различные по цвету свечения электролюми-нофорьг, практически не изменяя при этом производственных условий их синтеза.
Основные положення, выносимые на зашиту:
результаты изучения влияния способа проведения высокотемпературной обработки на процессы формирования электролюминесцентного гетероперехода в ЭЛФ на основе сульфида цинка, активированного медью и марганцем;
экспериментальные данные по разработке технологии синтеза электролюминофоров повышенной яркости и улучшенной цветности жёлтого, белого и переменного цветов свечения.
Апробация работы:
Основные результаты исследований были доложены на Международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» (Ульяновск, 2001 г); 2-й Международной конференции «Химия поверхности и нанотехнология» (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); X и XII семинарах-совещаниях «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (г. Краснодар, 2004, 2006 гг.); 50-й, 51 -й, 52-й научно-методических конференциях «Университетская наука - региону» (г. Ставрополь, 2005-2007 гг.); Первой, Второй, Третьей Ежегодных научных конференциях студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН (г. Ростов-на-Дону, 2005 - 2007 г.); XVI Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Екатеринбург, 2006 г); VIII Международной Конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехноло-гии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2006 г.); Третьей Всероссийской конференции с международным участием «Химия поверхности и нанотехнология» (Санкт-Петербург - Хилово, 2006 г.).
Публикации:
Материалы диссертационной работы опубликованы в 16 работах, в том числе 1 статье в ведущем рецензируемом научном журнале из Перечня ВАК Минобрнауки РФ, в 2 патентах РФ на изобретение и тезисах 13 докладов.
Объем и структура работы:
Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста, иллюстрируется 47 рисунками и 20 таблицами, состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка цитируемой литературы из 153 наименований и Приложения.
