Введение к работе
Актуальность темы: Индикаторные устройства (ИУ), преобразующие электрические сигаалы в видимое излучение, являются одним го самых важных частей современных средств отображения информации (СОИ) и во многом определяют их структуру. К числу наиболее перспективных относятся ИУ на основе электролюминесцентных (ЭЛ) излучателей (ЭЛИ), которые среди различных типов активных ИУ (электронно-лучевые, газоразрядные и др.) занимают особое место благодаря плоской твердотельной конструкции, быстродействию, широкому диапазону рабочих температур. К достоинствам тонкопленочных (ТП) ЭЛИ можно также отнести высокие контрастность, разрешающую способность, радиационную стойкость, большой угол обзора и др. Благодаря перечисленным достоинствам ТП ЭЛИ нашли широкое применение в мнемонических, знаковых, шкальных индикаторах, предназначенных для работы в условиях сильной внешней засветки.
Вместе с тем, для ряда применений, например, для использования ТП ЭЛИ в полноцветных ЭЛ индикаторных панелях, яркость свечения красного и синего цветов свечения является недостаточной. Для всех цветов свечения, кроме желтого, актуальным является также повышение светоотдачи, внутреннего и внешнего квантового выходов, энергетического выхода. Для повышения данных показателей эффективности ЭЛИ необходимо знание важнейших параметров, определяющих кинетику предпробойной электролюминесценции, таких как вероятности возбуждения, излучательной и безызлучателыюй релаксации центров свечения, сечение ударного возбуждения этих центров и др. Известные результаты исследований перечисленных параметров носят весьма противоречивый и разрозненный характер. К тому же в связи с зависимостью этих параметров от режима возбуждения (формы, амплитуды и временных параметров импульсов напряжения) для полного описания кинетики электролюминесценции требуется знание указанных зависимостей. Однако даже для наиболее изученного люминофора - сульфида цинка, легированного марганцем - не определены не только указанные зависимости, но и приводимые значения упомяігутьгх параметров носят оценочный характер.
Поэтому задача повышения показателей эффективности пленочных ЭЛИ, а также разработка методики определения основных электрофизических параметров ЭЛ слоя и их зависимостей от режима возбуждения электролюминесценции для возможного управления характеристиками ЭЛИ с целью повышения эффективности их функционирования является в настоящее время весьма актуальной.
Цель работы: Исследование методов повышения эффективности электролюминесценции в пленочных структурах на основе сульфида цинка, .легированного марганцем, а также определение основных электрофизических параметров, характеризующих процесс электролюминесценции в подобных структурах и установление зависимостей этих параметров от режима возбуждения ЭЛИ.
Для достижения указанной цели в работе постаатены и решены следующие задачи:
1. Экспериментальное исследование влияния микронеровностей подложки на
показатели эффективности ЭЛИ, выполненных на стеклянных подложках с внутренней шероховатой и внешней шероховатой (диффузно-рассеивающей) излучающей поверхностями.
2. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния формы
возбуждающего напряжения на показатели эффективности ЭЛИ.
3. Теоретический анализ и экспериментальное исследование зависимости
показателей эффективности ЭЛИ от амплитуды и длительности фронта линейно
нарастающего напряжения.
4. Разработка методики и определение основных электрофизических
параметров ЭЛИ, характеризующих процесс электролюминесценции, установление
их зависимостей от режима возбуждения и возможности управления видом этих
зависимостей.
Положения, выносимые на защиту:
1.Использование в ЭЛИ подложек как с внутренней шероховатой, так и внешней шероховатой (диффузно-рассеивающей) поверхностями позволяет увеличить коэффициент вывода излучения из структуры, светоотдачу, внешний в внутренний квантовые выходы, энергетический выход в 1.3-5.2 раза и повысит! яркость свечения ЭЛИ в 1.2-3.5 раза.
2. При изменении формы возбуждающего напряжения с сохранение*
амплитуды и периода следования биполярных импульсов средняя яркость свечения, і
также внешний квантовый выход, энергетический выход и светоотдач;
увеличиваются с ростом скорости нарастания напряжения возбуждения дщ
различных форм возбуждающего напряжения в следующей последовательности
треугольная - синусоидальная - трапецеидальная - прямоугольная, в то время каї
эффективность возрастает несколько иначе: синусоидальная - треугольная
трапецеидальная - прямоугольная.
-
При возбуждении ЭЛИ напряжением с линейно нарастающим фронтто зависимости амплитудной и средней яркости свечения, внешнего квантового выходе энергетического выхода и светоотдачи от времени нарастания возбуждающее напряжения имеют максимумы, которые смещаются в область меньших значенії времени нарастания напряжения с ростом частоты следования импульсо возбуждения.
-
Экспериментальные зависимости амплитудной и средней яркости с длительности фронта линейно нарастающего напряжения позволяют определт сечение ударного возбуждения центров свечения и их концентрацию, число центре свечения, возбуждаемых' одним носителем заряда при прохождении его через елс люминофора, вероятность возбуждения центров свечения в единицу времен] вероятности излучательной и безызлучатедыгой релаксации центров свечени внешний и внутренний квантовый выходы, энергетический выход и светоотдачу.
-
Экспериментальные зависимости постоянных нарастания и спада яркости < длительности фронта и амплитуды импульса линейно нарастающего напряжения до ЭЛ структур, выполненных на гладких подложках, позволяют определи зависимости времени жизни возбужденных центров свечения, вероятное^ возбуждения и релаксации центров свечения в единицу времени (для структур ] гладкой и шероховатой подложках), сечение ударного возбуждения центрі
зечения (для структур на гладкой подложке) от длительности фронта и амплитуды мпульсов линейно нарастающего знакопеременного напряжения. Научная новизна:
-
С помощью экспериментальных исследований показано, что использование в леночных ЭЛ структурах стеклянных подложек с внешней диффузно-рассеивающей вігутренней шероховатой поверхностями позволяет существенно увеличить яркость і 1.2-3.5 раза) и коэффициент вывода излучения из структуры (в 1.3-5.2 раза) по эавнению с обычной структурой на подложке с двумя гладкими поверхностями, что эусловлено уменьшением потерь излучения как в пленочной ЭЛ структуре, так и в геклянной подложке, вызванных эффектом полного внутреннего отражения, ченынением бокового распространения излучения вдоль структуры ЭЛИ юлноводного эффекта), а также наличием микролинзового растра на подложке.
-
С помощью теоретических и экспериментальных исследований установлено, га при изменении формы и параметров симметричного знакопеременного гриодического возбуждающего напряжения с ростом скорости нарастания нтряжения происходит повышение показателей эффективности ЭЛИ (яркости, 5етоотдачи, внешнего квантового выхода, энергетического выхода).
-
Теоретически и экспериментально показано, что при возбуждении ЭЛИ іпряжением с линейно нарастающим фронтом зависимости амплитудной и средней жости свечения, внешнего квантового выхода, энергетического выхода и іетоотдачи от времени нарастания возбуждающего напряжения имеют максимумы, вещающиеся в область меньших значений времени нарастания напряжения с 5еличением частоты следования импульсов возбуждения.
-
Для случая прямого ударного возбуждения центров свечения предложена етодика определения основных параметров электролюминесценции при эзбуждении симметричным знакопеременным напряжением трапецеидальной ормы (с линейно нарастающим фронтом), с помощью которой из хпериментальньгх зависимостей амплитудной и средней яркости от времени ірастания напряжения определены основные параметры, характеризующие процесс >збуждения центров свечения и генерации излучения: сечение ударного >збуждения; концентрация центров свечения; число центров свечения, «буждаемых одним носителем заряда при прохождении его через слой оминофора; вероятность возбуждения центров свечения в единицу времени; :роятности излучательной и безызлучателыюй релаксации центров свечения; іешний и внутренний квантовые выходы; светоотдача.
5. Получены теоретические зависимости постоянных нарастания и спада
жости от длительности фронта и амплитуды импульса линейно нарастающего
шряжения для ЭЛ структур, выполненных на гладкой подложке, подтвержденные
гдом экспериментальных зависимостей, что позволило определить зависимости
іраметров, характеризующих процесс электролюминесценции: времени жизни
ізбужденньгх центров свечения, вероятностей возбуждения и релаксации
обужденных центров свечения в единицу времени (для структур на шероховатой и
іадкой подложках), сечения ударного возбуждения центров свечения (для структур
і гладкой подложке), от длительности фронта и амплитуды импульса линейно
ірастающего напряжения.
Практическая ценность работы:
-
Предложены конструкции ЭЛИ, выполненные на стеклянных подложках внутренней шероховатой и внешней шероховатой (диффузно-рассеивающеі поверхностями, позволяющие существенно повысить яркость свечения (в 1.2-3.5 раз; и увеличить коэффициент вывода шлучения из ЭЛ структуры, светоотдачу, внешни квантовый выход, энергетический выход (в 1.3-5.2 раза) по сравнению с обычнс структурой на подложках с двумя гладкими поверхностями.
-
Предложена гибридная конструкция ЭЛИ МДПДМ структуры, в которс наряду с тонкопленочным диэлектриком используется толстопленочны диэлектрический слой с повышенным значением диэлектрической проницаемост] позволяющий обеспечить сопряжение такой структуры с интегральным устройствами управления.
-
Получены расчетные и экспериментальные зависимости, позволяющі оптимизировать режим возбуждения ЭЛИ путем изменения формы и параметре симметричного знакопеременного периодического возбуждающего напряжения, также конструкцшо ЭЛ структуры (соотношение толщин и диэлектричесю: проницаемостей диэлектрических и ЭЛ слоев) для получения максимальных значені показателей эффективности ЭЛИ (яркости, светоотдачи, внешнего квантової выхода, энергетического выхода, эффективности).
-
Найдены оптимальные режимы возбуждения ЭЛИ напряжением с линеш-нарастающим фронтом за счет вариации времени нарастания импульса напряжеш возбуждения для получения максимальных показателей эффективности ЭЛ (яркости, светоотдачи, внешнего квантового выхода, энергетического выхода).
-
Для случая прямого ударного возбуждения центров свечения в ЭЛ сл( предложена методика определения вероятностей возбуждения, излучательной безызлучательной релаксации центров свечения, сечения ударного возбуждения эть центров, а также зависимостей указанных параметров от амплитуды и времег нарастания линейно нарастающего напряжения возбуждения ЭЛИ.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на научн технической конференции "Актуальные проблемы материаловедения в злектроннс технике" (Ставрополь, 1995), 2 Международной конференции "Распознавание-9: (Курск, 1995), на 5 научно-практической конференции молодых ученых Ульяновске] государственного университета (Ульяновск, 1996), на 5 Международной конференщ "The fifth intern, conf. on Simulation of devices and technologies" (Obninsk, 1996), і Международной научной конференции "Актуальные проблемы анализа обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1996), і научно-технической конференции "Перспективные материалы и технологии ді средств отображения информации" (Кисловодск, 1996), на 3 Международной научн технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроен] АПЭП-96" (Новосибирск, 1996), на Международной научно-техническ< конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качест приборов, устройств и систем" (Пенза, 1997), на Международной конференщ "Центры с глубокими уровнями в полупроводниках и полупроводниковь структурах" (Ульяновск, 1997), 3 Международной конференции "Распознавание-9 (Курск,1997).
Публикации: Основные результаты исследований отражены в 17 печатных работах.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня условных обозначений и списка литературы, содержит 176 страниц текста, включает 46 рисунков, 6 таблиц, 160 наименований литературы.
