Введение к работе
з
Актуальность проблемы. Благодаря развитию физической химии, физики полупроводников, появлению новых технологий нанесения электролюминесцентных и диэлектрических тонких пленок, большое внимание уделяется разработке и созданию электролюминесцентных источников излучения. Актуальными задачами в данной области являются снижение возбуждающего напряжения и увеличение яркости электролюми'несцентных изделий с одновременным увеличением срока службы и улучшением стабильности работы устройств. Для решения этих задач разработан ряд эквивалентных схем и математических моделей, взаимосвязывающих отдельные параметры работы электролюминесцентных излучателей (ЭЛИ) и условия возбуждения. Однако отсутствуют схемы и модели, позволяющие в полной мере учитывать весь спектр экспериментальных данных, касающихся работы реальных устройств, их асимметрию, проводить комплексное исследование влияния физико-химических свойств и процессов, протекающих в отдельных слоях, на рабочие характеристики излучателя.
Данная работа посвящена исследованию физико-химических и электрофизических процессов в ЭЛИ на основе'широкозонных полупроводниковых соединений А2В6, их моделированию и установлению связей между режимами возбуждения, составом излучателей и их рабочими характеристиками.
Цель работы. Цель работы состояла в:
экспериментальном и теоретическом изучении физико-химических и электрофизических процессов в ЭЛИ;
разработке эквивалентных схем тонкопленочных электролюминесцентных структур (ТПЭЛС) постоянного и переменного тока;
создании математических моделей работы ТПЭЛС путем последовательного физическо-химического и математического описания процессов, протекающих в ЭЛ-устройствах, и проведении комплексного изучения влияния
конструкции структуры, физико-химических свойств входящих в ее состав слоев, режимов возбуждения электролюминесценции на стабильность работы излучателя, пороговое напряжение и другие эксплуатационные характеристики устройства.
Для решения этой проблемы потребовалось:
-
Исследовать физико-химические процессы, протекающие при получении и работе ЭЛИ, и установить основные критерии создания стабильных электролюминесцентных устройств, удовлетворяющих требованиям к средствам отображения информации.
-
Изучить механизм токопрохождения в электролюминофорах постоянного тока на основе широкозонных полупроводниковых соединений с учетом технологии получения и принципов создания излучателей на их основе.
-
Теоретически и экспериментально исследовать вольт-амперные, вольт-яркостные, температурные, спектральные характеристики ЭЛИ постоянного и переменного тока.
-
Разработать эквивалентные схемы ТПЭЛС переменного и постоянного тока, в полной мере отражающие рабочие параметры реальных устройств, и исследовать на их основе методами математического моделирования физико-химические и электрофизические процессы в отдельных слоях.
5. Подтвердить достоверность разработанных схем и моделей путем
сравнения экспериментальных электрофизических характеристик ТПЭЛС и
расчетных данных.
Научная новизна. Проведен комплексный анализ физико-химических и электрофизических процессов, протекающих в ЭЛИ на основе соединений А2В6. Созданы эквивалентные схемы ТПЭЛС постоянного и переменного тока, разработаны физические и математические модели работы ТПЭЛС. При этом получены следующие новые научные результаты, которые могут быть использованы для разработки, создания и применения электролюминесцентных устройств:
Экспериментально исследованы физико-химические особенности образования гетероперехода в порошковых электролюминофорах, возбуждаемых постоянным полем (ЭЛПП), изучено влияние концентрации второй фазы на крутизну вольт-яркостной характеристики, коэффициент умножения носителей заряда; определены процессы токопрохождения в ЭЛИ постоянного тока; разработаны эквивалентные схемы ТПЭЛС постоянного и переменного тока, которые, в отличие от существующих, в полной мере отражают процессы, возникающие при работе реального устройства; созданы математические модели, взаимосвязывающие рабочие характеристики ТПЭЛС (яркость, ток, напряжение на отдельных слоях, напряжение пробоя структуры) с параметрами возбуждающего напряжения и свойствами составляющих слоев; проанализировано влияние физико-химических свойств и состава слоев ТПЭЛС переменного тока, а также условий возбуждения электролюминесценции на рабочие характеристики ЭЛИ.
Для обоснования достоверности разработанных моделей проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных. Показано их совпадение для различных по составу электролюминесцентных устройств.
Положения, выносимые на защиту:
-
Исследованы физико-химические особенности формирования гетероперехода в ЭЛПП в зависимости от количества осаждаемой ионно-обменным методом второй фазы Cu,S.
-
Проведено комплексное исследование влияния физико-химического состава и электрофизических свойств отдельных слоев ТПЭЛС на рабочие параметры устройства.
-
Определено, что в ЭЛПП зависимость тока от напряжения определяется генерацией свободных носителей путем туннелирования электронов, стимулированного фононами.
-
Разработаны эквивалентные схемы ТПЭЛС постоянного и переменного тока, отражающие реальные процессы в ЭЛИ.
5. Разработаны математические модели, пригодные для исследования влияния режимов возбуждения, физико-химических свойств и состава отдельных слоев на рабочие характеристики ЭЛИ.
Прпктическая значимость работы заключается в разработке теоретической и практической основы для получения электролюминесцентных устройств с улучшенными характеристиками:
Произведена оптимизация процесса нанесения второй фазы на ЭЛПП ионно-обменным методом; показано, что в рабочем интервале напряжений ТПЭЛС постоянного тока на основе соединений А2В6 преобладающим механизмом токопрохождения является туннелирование носителей заряда, стимулированное фононами; разработана эквивалентная схема ТПЭЛС постоянного тока и методика, позволяющая определять наилучшие эксплуатационные условия таких структур; созданы эквивалентная схема и математическая модель ТПЭЛС переменного тока, с использованием которых проведено комплексное исследование влияния физико-химического состава отдельных слоев на рабочие характеристики устройства; разработан ряд рекомендаций по использованию ТПЭЛС переменного тока вида AhCvY^CVZnSMn^Oj-A^Oj при создании промышленных источников излучения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной конференции World Ceramics Congress & Forum on New Materials (Флоренция, Италия 1998), Третьей региональной конференции по микроэлектронике (Нижний Новгород, 1996), XXXIII международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 1995), Межвузовской научной конференции «Лейбниц - мыслитель, философ, человек» (Ставрополь, 1996), Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы и технологии для средств отображения информации» (Кисловодск, 1996), XXV научно-технической конференции по результатам научно-исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов за
1994 г. (Ставрополь, 1995), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, микроэлектроника, системы связи и управления» (Таганрог, 1997), Второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Электроника и информатика - 97» (Москва, 1997), Всероссийском симпозиуме «Математическое моделирование и компьютерные технологии» (Кисловодск, 1997).
Публикации. Автором опубликовано 14 печатных работ, из них 10 по теме диссертации.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 132 страницы машинописного текста, 50 рисунков, 9 таблиц, библиографию из 116 наименований.