Тонкопленочная электролюминесцентная структура

7 (1 З) и) ОСКС Комитет Российской Федерации по латеитам и товариым авакаи 1(54) ТОНКОПЛЕНОЧНАЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СТРУКТУРА 19) ЗЧ (11) 181 51) 6 Н 05 В ЗЗ/1(57) Использование: относится к техникеотображения информации, в частности, припомощи ъснк пленочных электролюминесцентных матричных экранов. Сущность:активный слой выполнен в виде комбинации черо.",ующихся участков с разлйчнымфункциональным назначением: катодов изпленки сульфида марганца толщинойслужащих в качестве источниковэлектронов, участков нелегированного 2 пБМп толщиной 170 1, в которых происходит ускорение электронов и участков2 пБМп толщиной от 5820 до 6820 А,которых происходит возбуждение центровсвечения, 3 ил,Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при создании средств отображения информации на основе электролюминесцентных ийдикаторов и матричных экранов.Целью изобретения является повышение яркости при одйовременном увеличении крутизны вольт-амперной характеристики (ВЯХ)"структуры.ЙельМостигается твм, что тонкопленочная, эяектролюминесдентная структура; содержащая прозрачную диэлектрическую подложку, прозрачный и непрозрачный электроды, два диэлектрических слоя, два слоя нелегированного сульфида цинка, между которыми размещен легированный слой сульфида цинка, содержит между слоями диэлектрика и слоями нелегированного сульфида цинка слой сульфида марганца, причем толщины слоев нелегированного сульфида цинка не превышают длины свободного пробега электрона, а толщина слоо ев сульфида марганца не превышает 10 А,Таким образом, образуется активный слой из пяти участков, а именно: двух внутренних катодов (источников электронов) вовиде тонких (до 10 А) прослоек сульфида марганца, двух областей ускорения носителей зарядов, представляющих" собой про- слойки неактивированного сульфида цинка, и области, где происходит возбуждение центров свечения ускоренными носителями заряда, представляющих собой слой легированного сульфида цинка, Сульфид цинка выбран по той причине, что в настоящее время этот материал, используемый е качестве основы тонкопленочных электролюминофоров, обеспечивает наивысшие светотехнические и эксплуатационные характеристики,Внутренний катод активного слоя предназначен для образования первичных носител й заряда (электронов). В соответствии с современными представлениями первичные носители в объеме активного слоя образуются путем туннелирования электронов из энергетичьг ких состояний, расположенных ча границах между диэлектрическими и активным слоями. Известно также, что Мп, введенный либо в виде металла, либо в виде соединения (например, сульфида) образует в решетке ЕпЯ центры, способные поставлять электроны. Ориентировочный расчет показывает, что при приемлемой яркости ( 5000 кд/м при возбуждении синусоидальным напряжением частотой 5 КГц) одна волна активности тока через 1 см активного слоя переносит "бф 102 электронов. В при 5 10 граничном монослое при обычно применяемой оптимальной концентрации Мп, равной 0,5 мол.(или 0,28 мас. О ), количество ионов Мп составляет примерно 55 1012 см 2 Это количество сопоставимо с количеством электронов, переносимых волной активного тока. Однако в силу различных причин использование приграничного электронного резервуара оказывается неполным. В их число входят: неоптимальная высота или толщина приграничного потенциального барьера, которая определяется взаимным расположением уровней Ферми в диэлектрике и активном слое, неполное испол ьзова ние первичнь 1 х электронов из-за эффектоврассеяния и т.п, Количественную оценку коэффициента использования приграничных электронов произвести трудно, но очевидно, что колебания эффективности внутрен него катода могут в значительной мереизменять выходные параметры ТПЭЛС.Чтобы создать достаточно полный резервуар приграничных электронов, необходимо сформировать на границе между 25 диэлектрическими и активным слоями тонкие прослойки с избыточной концентрацией Мп. Наиболее простой способ - напыление многослойной пленки МпЯ (т,е. толщинойо30 "3,8 А), Получить монослойную пленкуобычными технологическими методами (кроме послойной атомной эпитаксии, которой отечественная промышленность не располагает) практически невозможно, однако 35 вполне реально получить пленку ЕпЯ Мп вопределах 10 А . При таких толщинах пленка еще не является сплошной, а представляет собой сетку из отдельных островков, благо-40 даря чему она обладает резкой анизотропией электропроводности: ее электропроводимость в направлении, перпендикулярном направлению возбуждающего поля, ничтожно мала по сравнению с 45 электропроводностью в направлении, параллельном полю, В одном монослое ЕпЯ, замещенном монослоем МпЯ на площади 1 см 2, будет содержаться 3,1 х х 10 атомов Мп. Для создания резервуара электронов, 50 соизмеримого с вышеуказанным, при обычно применяемых концентрациях Мп потребовалось бы, как минимум, 560 монослоев стандартно легированного марганцем слоя сульфида цинка, или, в перерасчете на толощину, - 2100 А. Благодаря введению тонкой прослойки Мп 5 происходит пространственное сжатие зоны катода, при этом электроны, попадающие в область поля, усиленного пространственным зарядом,оказываются извлеченными, туннелированием из энергетических уровней примерноодной и той же глубины. Последнее приводит к когерентности электронного потока,что обеспечивает высокую крутизну ВЯХ. 5Пространственное сужение эоны катодаприводит к уменьшению рассеяния электронов, к росту эффективности преобразования энергии электрического поля всветовую энергию и, как следствие, к росту 10яркости.Носители зарядов, поставляемые внутренним катодом, претерпевают ускорение вэлектрическом поле, прежде чем достигаютэнергий, необходимых для возбуждения 15центров свечения. Оценим толщины прослоек, выполняющих функции зон разгонаносителей.,Обозначим величину энергии возбуждения центров свечения через Р.Р=еЕ, где е 20- заряд электрона,- длина пробега электрона до того, как он без столкновений наберет энергию Р, Е - электрическое поле внрикатодной области. Обычно величина Ележит в пределах (1,5 - 2)106 В/см. Величина энергии возбуждения Р определяется типом центра. Есл в качестве лигандаприменяется Мп, Р=2, 5 эВ и тогда =110- о170 А . Взяв верхний предел этой величины,приходим к выводу, что прослойки нелегированного сульфида цинка, отделяющиевнутренние катоды от центров свечения,одолжны быть толщиной по 170 А каждая.Уменьшение рассеивания из-эа отсутствияв зонах разгона ионов легирующей примесиприводит к более эффективному использованию электронов и, как следствие, к ростуяркости при том же возбуждающем напряжении. К тому же импеданс нелегированныхпрослоек ЕпЯ выше, чем импеданс легированных, что прйводит к возрастанию относительной доли напряжения нанелегированных прослойках и к повышениюнапряженности поля у катода, что, в своюочередь, улучшает эффективность ТПЭЛС.Сущность изобретения иллюстрируетсяфиг. 1-3.На фиг. 1 представлено схематическоеизображение элементов конструкцииТПЭЛС. На фиг, 2 представлена концентрированная зависимость яркости ТПЭЛС, активный слой которой выполнентермическим испарением ЕпЯ Мп из двух 55автономных источников, Для указанных основы и активатора максимум яркости соответствует концентрации 0,25-0,35 весНа фиг. 3 показаны ВЯХ ТПЭЛС, активные слои которых выполнены равномерным легированием Мп по объему(группа ВЯХ(а и активные слои которых выполнены в соответствии с конструкцией фиг. 1, т.е. с применением неоднородного легирования по объему слоя (группа ВЯХ (б, Из фиг. 3 видно, что в последнем случае яркость возросла в 1,5 - 2 раза, а крутизна ВЯХ - в 3-5 раэ,Предлагаемая ТПЭЛС (фиг. 1) содержит стеклянную подложку 1, первый прозрачный электрод 2, диэлектрические слои 3, например, из окислов алюминия, кремния, тантала, редкоземельных элементов, проослойки МпЗ толщиной 10 А - 4, примыкающие к диэлектрическим слоям, прослойки 5 нелегированного 2 пЯ толщиной поо170 + 35 А, примыкающие к прослойкам. МпЯ, прослойку 6 легированного сульфида цинка (в конкретном случае - ЕпЯ Мп) толощиной 5000-7000 А и второй электрод - пленку алюминия,Структура, изображенная на фиг. 1, функционирует следующим образом, Под действием электрического поля электроны туннелированием извлекают с глубоких уровней, создаваемых ионами Мп в тонкой прослойке 4 фиг, 1, расположенной на какой-либо из границ между слоем диэлектрика и активным слоем. Затем электроны ускоряют полем в участке 5 и при достижении определенной энергии возбуждают центры в зоне "мишени" б. Определенная доля этих центров сопровождается излучением, выходящим через прозрачный электрод 2 и стеклянную подложку 1. При перемене полярности электрического поля вышеуказанные явления происходят у противоположной границы 4 между слоем диэлектрика и активным слоем.Приведем пример технологической реализации предлагаемого способа. формирования ТПЭЛС. На стеклянную подложку, покрытую пленкой (толщиной 0,2 мкм), представляющую собой смесь окислов Зп 02 и п 20 з и наносимую катодно-реактивным распылением, наносят диэлектрический слой. состоящий из двух подслоев: НЮг толщиной 0,2-0,4 мкм, наносимого электроннолучевым испарением, и 3 ОИу толщиной 0,05-0,15 мкм, наносимого ВЧ-магнетронным распылением. Затем термическим испарением из автономного источника с контролем парового потока наносят проослойку МпЯ с толщиной 10 А, при этом указанное значение толщины реализуется с минусовым допуском с точностью, которую обеспечивает устройство контроля парового потока, т.е. 20. На прослойку МпЯ термическим испарением из другого автономного источника напыляют слой ЕпЗ толщионой 170 А с точностью, которую обеспечивает устройство контроля парового потока, т.е, + 20 Затем из двух автономных источников термическим испарением одновременно напыляют слой 2 пЗ Мп, выбирая относительные скорости паровых потоков ЕпЗ и Мп такими, чтобы в слое ЕпЗ Мп обеспечить концентрацию Мп 0,25-0,36 мас.в соответствии с зависимостью, показанной на фиг, 2. Толщину слояо 2 пЗ Мп выбирают равной 5000 - 7000 А, реализуя выбранную величину с точностью, которую обеспечивает устройство оптического контроля, т.е. + 10, На слой ЪзЗ МпФормула иэобретениТОНКОПЛЕНОЧНАЯ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СТРУКТУРА, содержа щая прозрачную диэлектрическую под ложку, прозрачный и непрозрачньэлектроды, два диэлектрических слоя, два слоя, выполненные иэ нелегированного сульфида цинка, между которыми размещен слой легированного сульфида цинка, отличающаяся тем, что, с целью о снова наносят слой ЕпЗ толщиной 170 А, поверх которого так же, как и ранее, формио руют прослойку МпЗ толщиной до 10 А . Далее наносят диэлектрический слой, состоящий из двух подслоев; З 10 йу (толщиной 0,05-0,15 мкм) и НЮ (толщиной 0,2-0,4 мкм). Завершает конструкцию пленка алюминия толщиной 0,15-0,2 мкм.Предложенный способ применим для промышленного производства ТПЭЛС, поскольку достаточно простой и высокопроизводительный метод нанесения активного слоя из двух автономных источников позволяет осуществить неоднородное легирование активного слоя. повышения яркости при одновременном увеличении крутизны вольт-яркостной характеристики, между слоями диэлектрика и нелегированного сульфида цинка размещены слои, выполненные из суль фида марганца, причем толщина слоевнелегированного сульфида цинка не.превышает длины свободного пробега электрона, а толщина слоев сульфида марганца не превышает "5. О Ко р М, Самборская актор аказ 1 л, Гагарина, 101 Составитель В.МанагаТехред М.Моргентал Тираж ПодписноеНПО "Поиск" Роспатента3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго К