Генерационные процессы в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе сульфида цинка, легированного марганцем

Афанасьев, Александр Михайлович

Генерационные процессы в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе сульфида цинка, легированного марганцем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Афанасьев, Александр Михайлович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ульяновск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Генерационные процессы в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе сульфида цинка, легированного марганцем»

Автореферат диссертации на тему "Генерационные процессы в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе сульфида цинка, легированного марганцем"

На правах рукописи

АФАНАСЬЕВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

ГЕНЕРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИДА ЦИНКА, ЛЕГИРОВАННОГО МАРГАНЦЕМ

Специальность: 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ульяновск - 2009

003470651

Работа выполнена на кафедре Радиофизики и электроники в ГОУ ВПО Ульяновский государственный университет

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор

Гурин Нектарий Тимофеевич Официальные оппоненты доктор физико-математических

наук, профессор Маняхин Федор Иванович кандидат физико-математических наук, с.н.с.

Жуков Андрей Викторович

Ведущая организация Ульяновский филиал Института

радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Защита состоится 18 июня 2009 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу: Набережная реки Свияги, 106, корп.1, ауд.701

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом - на сайте вуза http://www.uni.ulsu.ru

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, д.42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований. Автореферат разослан Л мая 2009 года

Ученый секретарь диссертационного Совета к.ф.-м.н.

Вострецова Л.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Тонкопленочные (ТП) электролюминесцентные (ЭЛ) излучатели (ЭЛИ) структуры металл - диэлектрик - полупроводник (люминофор) -диэлектрик - металл (МДПДМ), размещенные на стеклянной подложке, являются одними из наиболее перспективных типов активных индикаторных элементов, позволяющих создавать плоские индикаторные панели большой информационной емкости для дисплеев ЭВМ и телевидения. К их достоинствам относят высокие яркость, контраст и крутизна вольт-яркостной характеристики, многоцветность, долговечность, быстродействие, широкий диапазон рабочих температур, радиационную стойкость, большой угол обзора, малую толщину и массу, высокую механическую прочность, малую потребляемую мощность и относительно низкую стоимость и др. [1,2]

До недавнего времени основной проблемой ТП ЭЛИ была недостаточность яркости свечения для всех цветов свечения, кроме желтого и зеленого, что являлось основным препятствием для создания плоских полноцветных дисплеев. Однако ситуация изменилась к лучшему, когда фирма iFire в 1997 г. представила люминофор синего стабильного свечения SrS:Ce. Затем эта компания в 2002 г. продемонстрировала прототип 17-и дюймового полноцветного дисплея, особенностью которого была замена одной из тонких диэлектрических пленок на слой толстого диэлектрика. К настоящему времени существуют образцы 34-х дюймовых дисплеев, выполненных по такой технологии. Следует отметить, что в основе работы данных устройств лежат те же физические процессы, что и в ТП ЭЛИ структуры МДПДМ. Препятствием для выхода на рынок плоских дисплеев и создания конкуренции с жидкокристаллическими и плазменными панелями является сложность, а соответственно и цена технологического процесса создания данных устройств. Также определенным недостатком является относительно высокое знакопеременное возбуждающее напряжение (до 250 В). [3,4].

Наиболее изученной структурой, обладающей наилучшими показателями эффективности, является структура МДПДМ на основе сульфида цинка, легированного марганцем.

Процесс электролюминесценции в ТП ЭЛИ структуры МДПДМ на основе ZnS:Mn обусловлен туннелированием носителей заряда с поверхностных состоя-

ний (ПС) катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник в сильном электрическом , последующим ударным возбуждением центров свечения Мп2+ и размножением носителей из-за ударной ионизации собственных дефектов структуры и примесей [1,5].

Таким образом, в слое люминофора ТП ЭЛИ в общем случае имеется две последовательно включенные области генерации носителей: область туннелирования электронов с ПС и область лавинного размножения этих электронов в слое люминофора за счет ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами структуры.

В 2пБ:Мп ПС катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник являются основным источником инжектированных электронов. Поэтому катодная граница раздела диэлектрик-полупроводник должна обеспечивать достаточным числом электронных состояний и их соответствующим распределением по энергиям, гарантируя высокую эффективность всей структуры.

Хотя ТП ЭЛИ на данный момент и являются достаточно хорошо изученными с технологической и схемотехнической точки зрения, точное описание процесса туннелирования элекгронов с ПС и параметров потенциального барьера на указанной границе раздела до настоящего времени отсутствуют.

Поэтому разработка методики определения основных параметров и характеристик процессов туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе сульфида цинка, легированного марганцем, и их зависимостей от режима возбуждения электролюминесценции для возможного управления этими характеристиками ЭЛИ с целью повышения эффективности их функционирования является в настоящее время весьма актуальной. Данная методика может быть применена не только для структур на основе 2п8:Мп, но и для аналогичных пленочных структур на основе других высокоэффективных люминофоров.

Цель работы: Экспериментальное и теоретическое исследование процессов туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе 2п8:Мп

Решаемые задачи:

1.Разработка методики определения характеристик туннелировния и параметров ПС на катодной границе раздела диэлектрик - полупроводник

2. Анализ погрешности определения основных характеристик и параметров, описывающих процессы туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ.

3.Исследование влияния условий возбуждения на характеристики туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе гп8:Мп.

4. Определение распределения плотности заполненных ПС от энергии и изменения ее в зависимости от условий возбуждения ТП ЭЛИ, а также оценка положения квазиравновесного уровня Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ.

Научная новизна

1 .Разработана физико-математическая модель генерации носителей заряда в ТП ЭЛИ на основе гп8:Мп и определены параметры данной модели.

2. В рамках данной модели определены динамика опустошения заполненных уровней ПС границы раздела диэлектрик-люминофор, изменение ширины потенциального барьера на этой границе и вероятности туннелирования электронов в единицу времени в процессе работы ТП ЭЛИ.

3. Получены зависимости от времени коэффициента ударной ионизации, коэффициента умножения электронов для полного цикла работы ЭЛИ.

4.0пределено распределение электрического поля в прикатодной области слоя люминофора и его зависимость от условий возбуждения ТП ЭЛИ.

5. Установлено распределение плотности заполненных ПС от энергии и изменения ее в зависимости от условий возбуждения ТП ЭЛИ, а также оценено положение квазиравновесного уровня Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ.

Практическая значимость полученных результатов:

Предложена методика определения характеристик туннелирования и ударной ионизации (зависимости от времени толщины слоя объемного заряда в прианодной области и длины области ударной ионизации, напряженности электрического поля в области потенциального барьера на катодной границе раздела, максимальной глубины залегания поверхностных состояний, с которых осуществляется туннели-рование электронов, минимальной толщины барьера, вероятности туннелирования электронов, коэффициента ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами структуры слоя люминофора) и релаксации (время жизни электронов, скорость поверхностного захвата и сечение захвата электронов, их за-

висимости от параметров напряжения возбуждения) носителей заряда в пленочных электролюминесцентных излучателях.

Эта методика может быть использована также для определения характеристик туннелирования электронов в аналогичных пленочных ЭЛИ на основе других высокоэффективных электролюминофоров , в частности синего и зеленого цветов свечения на базе тиоалюминатов бария-магния и кальция, которые характеризуются поведением в электрическом поле, аналогичным поведению структур на основе гпБ, а также при разработке и исследовании пленочных электролюминесцентных наноструктур.

Положения, выносимые на защиту:

1.'Гуннелирование электронов в ТП ЭЛИ осуществляется с ПС катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник, имеющих следующие параметры: глубина уровней ПС, с которых осуществляется туннелирование, изменяется в процессе роста поля в зависимости от условий возбуждения ~ от 0.6 до 1.3 эВ, вероятность туннелирования от 10-15 до 300-400 с"', ширина потенциального барьера от ~ 9,0 до 5.7 нм.

2. Поле в прикатодной области слоя люминофора превышает среднее значение поля в слое люминофора в 1.3-1.4 раза в зависимости от полярности возбуждающего напряжения.

3.Ударная ионизация глубоких центров характеризуется следующими максимальными значениями параметров: коэффициент умножения 1.8, число ионизации, приходящихся на один электрон, вышедший из области ударной ионизации, 0.4, толщина прианодной области ударной ионизации глубоких центров 0.2 мкм, коэффициент ударной ионизации 2.6'104 см"1.

4. Распределения плотности заполненных ПС, с которых осуществляется туннелирование, сдвигаются в сторону более глубоких уровней ПС при уменьшении частоты напряжения возбуждения и увеличении паузы между двумя соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, что соответствует каскадному механизму релаксации электронов, захваченных на ПС.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на VI, VII и XI Международных конференциях "Опто- наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2004,2005,2009).

Достоверность результатов: Достоверность научных результатов обусловлена использованием в экспериментах апробированных методик измерения, высокоточной цифровой аппаратуры, компьютерных методов анализа и обработки экспериментальных данных, а также согласованием результатов теоретического анализа с результатами экспериментальных исследований и с данными других исследователей.

Личное участие автора: В диссертационной работе изложены результаты, которые были получены автором самостоятельно и в соавторстве, при этом автор разрабатывал программы обработки экспериментальных данных для ЭВМ, проводил эксперименты и обработку экспериментальных данных с помощью ЭВМ, принимал участие в анализе и обобщении полученных результатов.

Публикации: Основные результаты исследований отражены в 6 печатных работах, в том числе в 3 статьях из перечня ВАК.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня условных обозначений и списка литературы, содержит 128 страниц текста, включает 27 рисунков, 149 наименований литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности исследования ТП ЭЛИ на основе 2п8:Мп, сформулирована цель и задачи диссертационной работы, а также определена практическая ценность работы и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава "Основные свойства тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе 7п8:Мпи посвящена обзору литературы и анализу состояния исследуемого вопроса. Проведен анализ типов структур ТП ЭЛИ, их достоинства и недостатки, технологий изготовления различных слоев структуры. Показано, что несмотря на большое разнообразие используемых материалов, и методов получения слоев, все ТП ЭЛИ с одинаковым материалом ЭЛ слоя характеризуются близкими параметрами и характеристиками, и поэтому исследование характеристик и наиболее общих закономерностей поведения ТП ЭЛИ может производиться на любом варианте реализации, в частности на основе люминофора гпБгМп, по которому накоплен наиболее обширный материал теоретических и экспериментальных исследований.

Вторая глава "Определение характеристик и параметров процессов туннелирования электронов и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на гп8:Мп" посвящена изучению процессов туннелирования электронов с поверхностных состояний катодной границы раздела «люминофор - диэлектрик» с учётом последующей ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами слоя люминофора.

В данной главе представлена методика определения основных характеристик процессов туннелирования и ударной ионизации.

Для определения указанных характеристик и параметров использовали зависимость тока, протекающего через слой люминофора, от времени I (0. Ввиду емкостного характера сопротивления ТП ЭЛИ величина этого тока определяется, с одной стороны, внешними факторами - скоростью нарастания напряжения возбуждения 17(1), т.е. его формой, и "геометрическими" значениями емкостей диэлектрических слоев С, и слоя люминофора Ср, а, с другой стороны, внутренними факторами - скоростью изменения среднего поля в слое люминофора Рр(1) [6,7] и характеристиками потенциального барьера на катодной границе раздела диэлектрик-люминофор:

где 1е(0 - полный ток, протекающий через ТП ЭЛИ, (1р - толщина слоя люминофора.

При этом зависимость среднего поля в слое люминофора от времени ^ (I) имеет вид [6,7]

(Ш

лр

и(с)--с,

(2)

с,,

Рро1(0 - поле, включающее в себя квазистационарное поле остаточной поляризации диэлектрических слоев ТП ЭЛИ, возникающее после первого включения ТП ЭЛИ и остающееся фактически постоянным до следующего включения, а также поля, обусловленное объемными зарядами в слое люминофора, возникающими из-за ударной ионизации собственных дефектов структуры люминофора и примесей и из-за захвата носителей заряда глубокими центрами.

Ток электронов, входящий в область ударной ионизации, т.е. туннельный ток электронов с ПС катодной границы раздела диэлектрик-люминофор, в общем случае равен

вр(0.

M(t) (3)

где W(t) - вероятность туннелирования электронов в единицу времени (скорость генерации) определяем в следующем виде[8,9]:

W(0 = —7=%=ехр[-- ' ] (4)

0,(0 = \lp{t)dt = C,U(t) - (С,- + Cp)dpFp(t) (5) о

- заряд, протекающий через слой люминофора, Qss - количество запасенного заряда

на ПС, перенесенного через слой люминофора в течение одного цикла работы ТП * *

ЭЛИ, т - эффективная масса электрона, т - 0,34те для ZnS, ше-эффективная масса электрона, h - постоянная Планка, М{t) — пp(t)Iпp {t) - коэффициент умножения электронов, np0(t) и np(t) - количество электронов, вошедших в область ударной ионизации и вышедших из этой области, соответственно.

При этом ток электронов, выходящий из области ударной ионизации, т.е. ток, прошедший через слой люминофора, Ip(t) зависит от Ipo(t) и M(t).Однако, в связи с тем, что в исследуемых образцах ТП ЭЛИ значения М, как свидетельствуют данные [10], не превышают 1,4-1,6, и поле Fp(t) относительно слабо изменяется на участках II, III, можно принять

Ip{t) * M(t)IPo (0 = W{t)[M{t)Qss-Qp{t)} (6)

В дальнейшем выражения (4) - (6) использовались при численном моделировании экспериментальных зависимостей Ip(t) с одновременным использованием

зависимостей Q p(t) и Fp(t) для определения характеристик процесса туннелирования электроновЕр(t), W(t), а также ширины потенциального барьера X, (t) по формуле

' <?/>(') (8)

В данной главе представлена также уточненная методика определения основных характеристик и параметров процессов туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ. Суть ее заключалась в нахождении уточненного значения поля в катодной области люминофора и использования более точного выражения для тока туннелирования.

Ток электронов, выходящий из области ударной ионизации, т.е. ток, прошедший через слой люминофора, 1р(0 зависит от 1ро(0 и М(1).

Так как

е,(о=^(ое,„(о, (9)

где <2р0(0- заряд электронов, туннелированных с ПС, то

at dt Myt) ät

QP(t) ' M(t)

(10)

В отличие от (6) формула дает точную связь тока Ip(t) от коэффициента умножения M(t).

Падение напряжения на слое люминофора Up в любой момент времени t можно определить в виде

ир=ирс+ира (11)

где Up-Fpdp, Upc - падение напряжения в прикатодной области люминофора, которое в приближении отсутствия объемных зарядов в этой области находим в виде

^ = (12)

FpC — поле в этой области, х — расстояние от катодной границы слоя люминофора до слоя положительного объемного заряда в прианодной области, обусловленного ударной ионизацией глубоких центров, определяется решением уравнения Пуассона

03)

* 6t0

Fptt - поле в слое объемного заряда, р(х) - распределение объемной плотности заряда в этом слое толщиной dpa = (dp-x).

При равномерном распределении и полной ионизации глубоких центров в этом слое р(х) — р = сопЛ и

где е — диэлектрическая проницаемость люминофора, сп -электрическая постоянная, -площадь ЭЛИ,

ЛЯр'Яр-Ого (15)

Из (11)—(14) получаем

(16)

откуда расстояние от прикатодной границы до слоя объемного заряда х равно

*•,(/) +¿С, (О/2^,

с учетом того, что А<2р(1)=т(1)(,)р(1), где

m=dp 'jzw

m(t) = 1--— (18)

M(t)

-число ионизации, приходящихся на один электрон, вышедший из области сильного поля, толщина слоя объемного заряда в прианодной области dpa составляет

F,(f) + &QAt)/2ee0S.~

d<t) = d-x(t) = dc

(19)

Из (16) при известных зависимостях и Ррс(1) поле в слое объемного заряда Рра(1) определится в виде

РА')= Ум (20)

ра V /

Значения среднего поля Рр(0 в первом полупериоде напряжения возбуждения, когда отсутствует поле остаточной поляризации диэлектрических слоев ЭЛИ и поля объемных зарядов, определяются из (8) при РрЫ = 0. При периодической работе ЭЛИ с величиной паузы, большей 3-4 постоянных релаксации объемных зарядов в слое люминофора, величина ГрЫ (I) определяется полем остаточной поляризации диэлектрических слоев ЭЛИ ^/У, которое сохраняется несколько часов. Это поле ¥,(() определяется из экспериментальных зависимостей 1](1) и ()/0 аналогично (2) в виде

Поле в прикатодной области слоя люминофора определяется также из экспериментальных данных, для первого полупериода напряжения возбуждения оно соответствует полю в слое люминофора в предположении отсутствия объемного заряда (т. е. ударной ионизации) в прианодной области и равно

(22)

Зависимости М(1) и т({) можно определить из зависимостей внутреннего квантового выхода от времени »/,•„, (Ц следующим

С одной стороны, >/,„, (г) определяется из экспериментальных зависимостей яркости от времени Щ, 1/1), £~)р(у') как [11]

ЧыЮ = (23) , где А = (24)

(/-заряд электрона, Ъх — энергия фотона,/;— видность излучения, к(г коэффициент вывода излучения из ЭЛИ.

С другой стороны, при равномерном распределении центров свечения Мп2+ в слое люминофора зависимость (0 на участках II, III связана с коэффициентом умножения М(г) выражением

(25)

где г\ы (¡г) -значение г\ы на границе участков 1, II (точка г) зависимостей /¡¡„,(1) ,

1ЛШ ■

Из (23), (25) зависимость МЛ) определяется в виде

ми^М^м (2б)

ъА О АЦО

Также в данной главе проведен анализ методических погрешностей определения основных характеристик туннелирования и ударной ионизации .

В общем случае ток 1р А) является функцией ряда независимых параметров

1р=т,грс,м, (27)

Относительное отклонение Ау/у функции у =у(%и х2, ..., х„) в зависимости от отклонений параметров Лх/хп где /=1,2,....,«, определяется в виде

= (28) rvA,^ (29)

У ы dx, У xi ы х, dx,. у

- коэффициент влияния (-ого параметра на функцию у.

Используя (29), определили коэффициенты влияния Л, Af_, АЛ< , Аг, параметров Е,, Fpa М, Qss и /и* на ток 1 р (t).

Таким образом, зависимость относительного отклонения тока I ог отклонений параметров запишется в виде

+ + + + (30)

Ip Е, ' Fp " т М Qs,

Так как ток I (t) является фактически экспериментально определяемой характеристикой (находится, исходя из измеренного полного тока через ТП ЭЛИ Ie(t) (1), а искомой величиной является глубина залегания уровней ПС E,(t), то из (30) зависимость относительного отклонения ДEJE, от параметров уравнений (4), (6) определяется в виде

ДЕ 1 АЛ, ДAm" AM АО Д/. Дот"

(31)

+(0,021+0,073 + (0,021+ 0,072)^

Погрешность определения толщины барьера x,(t) по формуле (8) с учетом (31) равна

= = 021-0,024)^-0,32^-0,34^+(0,021,0,072) —++{0,021-0,072)^ (32)

х: Е, Fpc 'р Fpc т М £?„

Таким образом зависимости E,(t) и X,(t) могут быть определены с погрешностью, не превышающей 10-20%, при существенных разбросах значений эффективной массы электрона в зоне проводимости люминофора (17,6%) и значительных экспериментальных погрешностях определения зависимостей тока, протекающего через слой люминофора In(t) (-50%), среднего поля в слое люминофора F/t) (-30%), а также значений заряда, запасенного на ПС Q„ (-50%) и коэффициента умножения М(~50%).

Коэффициенты влияния на относительную погрешность определения W-ШIW имеют те же значения , что и для &Jр IIр. Тогда

— = -(41,6 4.46,5) ^j- + (28,4 4 31,7) - (14,2 +15,8) , (32) W E, Fpc m

что при ДE, IE, = ДF^ I Fpc = dm' Im' = -10% дает: на участке I - ДW IW =306%, на

участках II, III - AIV IW =274%, т.е. истинные значения W(t) могут в несколько раз отличаться от определенных по формуле (4). Существенного уменьшения погрешности определения зависимости W(t) можно достичь, используя выражение для нахождения W(t) через экспериментальные данные из (6)

- 7'(0 ■ (33)

Q»-QP{t)IM MQ„-Qp(t)

В результате погрешность определения зависимости W(t) по формуле (20)

равна

^ = (34)

w lp ß„ м

и на участках I, II, III по порядку величины соответствует погрешностям ЫрИ р, AQSS IQa, ДА/ IM и может не превышать 50%, что существенно меньше погрешности &W IW , определяемой по формуле (19). Следует однако отметить, что использование формулы (33) целесообразно при независимом друг от друга определении величин Qsj и Qp(t) из-за возможности получения отрицательных значений W(t) при неточных значениях М.

Третья глава "Исследование влияния условий возбуждения на характеристики туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn" посвящена определению характеристик туннелирования и ударной ионизации электронов и их зависимости от условия возбуждения ТП ЭЛИ.

Основные результаты исследования сводятся к следующему: Наблюдается различие в зависимостях Fp(t), Ip(t), E,(t), W(t), E/FJ для вариантов (±A1) (рис. 1,2) обусловленное неоднородным распределением собственных дефектов структуры и различием распределения ПС на разных границах диэлектрик-полупроводник [6,7].

С увеличением частоты/напряжения возбуждения U(t): - максимальная глубина ПС, с которых происходит освобождение электрнов, слабо уменьшается с 1,38 эВ до -1,3 эВ для варианта (-А1) и с 1,36 эВ до -1,26 эВ для (+А1) при минимальной глубине, уменьшающейся с 0,8 эВ до - 0,7эВ (рис. 1,2а)

1.4

10 V >

« ИГ 1.°

0,8

160 2,0*104 1

1,6*10*

120

1,2*10*

> ч ■ в,0*10 ' _*«

40 4,0* Ю-7

0,0

1,4

U 1

1,0 ^

. 0,1

F., MV/cm

160 2,0x10"

120 1Д(104

> 1,0x10"* *

w а

40 5.0Х104

0.0

3,0 2.5

"S i

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015

t.s

0,4 0.8 1.7 1.8 2,0 2,4

Рис.1. Зависимости: a,b: 1 -t/ft);a: 2,3 - FJf)\ 4,5 - Ifi), 6,7,8 - Eft)-, 9,10, 1 UX/t)-b: 12, 13, 14-W(t)-, 15, 16, \1-E,(FJ\ 2, 4, 6, 9,12,15 - вариант (+A1), 3,5, 7, 8, 10,11, 13,14, 16-(AI); 6,7, 9,10,12, 13,15,16-M=1,5 на участках II, III, IV. 8,11,14, 17 - M= 4; /=2Гц, TrlOOc. Образец №1. Участки /, II,IIIJV обозначены для варианта(-А1).

Рис.2. Зависимости: а, b: 1 - U(t)\ а: 2,3 - F/t),

4,5 - Ifi), 6,7 - Efi), 8, 9 - X,(t)M - Eft), 8,9- X,(t); b - 10, 11 - W{t) по формуле (4) 12,13 - W(t) по формуле (33); 14,15 -£, (F])\ 2,4,6, 8,10,12,14 - вариант (+A1) 3,5,7,9,11, 13,15 - (-AI); Л^=1,5 на участках II, III, IV; /=200 Гц, Ts-100с. Образец №1, Участки I, II, III,IV обозначены для варианта (-А1).

- максимальная толщина барьера X,, при которой начинается заметное туннелиро-вание электронов, составляет 10-12 нм для варианта (-А1) и 9,5-11,3 нм для (+А1) (рис.1,Ь, 2,а);

- минимальная толщина барьера x,(t) достигается на участках II, III и уменьшается с ростом частоты / от ~6,5нм (2Гц) до ~5,7нм (200Гц) (рис.1, 2,Ь), что связано с уменьшением значений E,(t) и с ростом, как выше указывалось , значений поля Fp(t) на этих участках в соответствии с (8);

- максимальные значения W(t), определенные по формуле (4), на участке III возрастают с ростом частоты/от ~18-20с"' (f= 2 Гц) до -1700-2300 с"1 (f=200Гц) (рис.1,Ь, 2,Ь), что обусловлено емкостным характером сопротивления ТП ЭЛИ, приводящего к росту тока /р (t) при увеличении скорости нарастания напряжения U(t) в соответствии с (1);

- зависимости W(t), полученные по формуле (33) (рис.2, Ь, кривые 12, 13)), качественно близки к зависимостям Ip(t), и дают более высокие значения W по сравнению

с зависимостями полученными по формуле (4) (рис.2,Ь, кривые 10,11), что обусловлено большей методической погрешностью определения последних. - с увеличением амплитуды С/т , появлением ударной ионизации глубоких центров и поляризации диэлектрических слоев рост поля замедляется, максимальная глубина уровней ПС, с которых осуществляется туннелирование электронов, (до ~1,31эВ) и уменьшается минимальная толщина потенциального барьера до л-,(г„)=6,1 нм .

Максимальные значения IVвозрастают с увеличением 1!т от ~70с"' при 11т =120В до ~102с"' при Ь'т =160В (/=10Гц) , что соответствует росту тока ¡,/0 и относительному росту значений зависимость Рр(1) .

При использовании уточненной методики расчета характеристик туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ с учетом поля в слое люминофора получены следующие результаты:

0,08 0,16 0,00 0,08 0,16 I, я г, з

Рис.З. Зависимости: а-f. 1 - U(t); 2-L(t), 2-Ip(t)A-F„(t) 5-F^ft), b-F^t), l-r\iM(t),%-Qp(t), 9- M(t).Вариант +AI

Зависимость Fpc(t) (рис. 3,c) свидетельствует о существенном превышении полем в прикатодной области Fpc(t) среднего значения поля в слое люминофора Fp(t) на участках II, III с достижением максимума этого превышения при максимуме напряжения возбуждения Um=U(t„).

При этом поле в прикатодной области слоя люминофора при Um=U(tJ имеет величину 3 • 106 В/см (вариант +А1) и ~ 2.75 • 10б В/см (вариант -AI), которые значительно превышают максимальные значения среднего поля Fp~ 2.1 • 10б В/см, достигаемые на участках II, III, что приводит к увеличению максимальной глубины

ПС до -1,63 эВ (вариант +А1) и -1,53 эВ (вариант -А1), уменьшению минимальной толщины потенциальных барьеров до -5,5 нм (варианты ±А1).Значения вероятности туннелирования уменьшаются - в 4 раза по сравнению со значениями, полученными по упрощенной методике.

Полученные результаты свидетельствуют о важности учета точной зависимости тока 1р(0 от коэффициента умножения М и значений поля в прикатодной области слоя люминофора.

Четвертая глава "Исследование характеристик поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик - полупроводник в тонкопленочных элек-тролшминесцентных излучателях на основе гп8:Мп" посвящена определению распределения плотности заполненных ПС по энергии и изменения его в зависимости от условий возбуждения ТП ЭЛИ, а также оценка положения равновесного и квазиравновесного уровней Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ.

Плотность тока электронов сЦро, туннелировавших с ПС катодной границы диэлектрик - полупроводник, лежащих по энергии от Е, до Е,+йЕ, от дна зоны проводимости, равна

=чК{Е,\АЕ,¿ЩЕ^Е, , (36)

где q - заряд электрона, )/(£,,') - количество электронов, находящихся на уровнях ПС с энергией от Е, до Е,+с1Е, в момент времени М"„{Е,) - энергетическая плотность распределения ПС (см"2 эВ"'), - занятость уровней ПС с энергией от Е, до Е,+с1Е,, которая равна единице для заполненного уровня и нулю - для незаполненного, №(Е„() - скорость (вероятность в единицу времени) туннельной эмиссии электронов с ПС, определяемая аналогично (4). При этом полагается, что ловушки ПС одновалентны, нейтральны, когда заняты, и положительно заряжены, когда свободны .

Из (36) можно определить энергетическую плотность распределения заполненных уровней ПС по энергии

Учитывая, что величины Jp0 и Е, в процессе работы ТП ЭЛИ зависят от времени , выражение (38) запишем в виде

При этом точное выражение для определения Ш[Е,(1)]~\У(1) из экспериментальных данных определяется из (10)

При этом плотность тока электронов, туннелировавших с ПС, равна

Qss-

M{t)_

(40)

где Бе - площадь ТП ЭЛИ, ¡р0(0 - ток электронов с ПС. Величины 1Р(1), ()р(0, <2„ , Е,(0 и №(1) определяются путем аналогичным описанному во второй главе. Соотнося для каждого момента времени I значения и Е„ а также № можно определить зависимости Зр^Е^, 1У(Е,) и в соответствии с (4) распределение энергетической плотности заполненных ПС [£,(<)]• /[-Е, ',,(£,).

Распределение плотности заполненных ПС по энергии Е, при этом находим

(41)

3,0xW° 1

J.SCW" MX«"' ' ' / | I

: /

1,0х1о" !

5i0x10° 0,0 ! J

Qfi 1,0 1,2 1,4

1,0x10" 8,0x10U 6,0x1 о"

1 Е

° 4.0x10

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

E,,eV

Рис.4. Зависимости для различных частот/ напряжения возбуждения: 1 -¡=2 Гц, 2- 10 Гц, 3 - 50 Гц, 4 - 200 Гц. [/„=160 В. Непрерывный режим возбуждения. Вариант +А1.

Рис.5. Зависимости NS/EJ для различных значений С/„: 1 - (/„=120 В, 2 -130 В, 3 - 140 В, 4 - 150 В, 5 - 160 В. /=10 Гц. Т,=\ с. Первый полупериод напряжения возбуждения. Вариант +А1.

Основные результаты исследования сводятся к следующему: - распределение Щ/Е^ в рабочей области ТП ЭЛИ имеет монотонно возрастающий характер и не достигает максимума (рис 4.) С увеличением частоты / распределение сдвигается в область меньших значений Е„ что объясняется уменьшением времени паузы между включенными состояниями ТП ЭЛИ в соседних полупе-

риодах напряжения возбуждения в соответствии с экспериментально измеренными значениями времени паузы для варианта +А1: 2 Гц и 53 мс, 10 Гц а 15,9 мс, 50 Гц а 3,58 мс, 200 Гц » 0,95 мс. Таким образом с уменьшением частоты/в паузе между включенными состояниями ТП ЭЛИ захваченные на ПС анодной границы электроны успевают заполнить более глубокие уровни ПС.

- изменение распределений NS/EJ с увеличением Ts подтверждает данные рис.4 о заполнении захваченными на ПС электронами более глубоких незаполненных уровней во время паузы между соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, причем при Тс>5 с наступает насыщение заполнения уровней с £,«1.25 эВ и плотностью заполнения ПС ~ (5-6)-1012 см"2, в то время как максимальное значение плотности заполненных ПС достигает ~ 2.5'1013 см"2 при £,=1.35-1.40 эВ (рис.4.) Полное время заполнения уровня ПС с энергией £,=1.23 эВ в предположении бимолекулярного закона спада плотности заполненных ПС со временем составляет около 5 с.

-распределение плотностей заполненных ПС с увеличением амплитуды импульсов напряжения возбуждения Um при фиксированном значении 7^=1 с (рис.5) сдвигаются в область больших значений Е, в связи с тем, что в квазистационарном режиме возбуждении с ростом Um происходит освобождение путем туннелирования электронов с более глубоких заполненных ПС катодной границы раздела «люминофор - диэлектрик» и релаксация захваченных у анодной границы раздела электронов ПС до более глубоких уровней Е, в течение времени Ts-2T=0,S с, где Г - период следования импульсов напряжения возбуждения. Меньшие максимальные значения плотности заполненных ПС при более низких Um соответствует более низким значениям токов и зарядов, протекающих через слой люминофора . -максимальные значения плотности заполненных ПС на катодной границе, с которой осуществляется туннелирование электронов, ~ 2.5• 1013 см"2, энергетической плотности указанных ПС - 2-10|4-1015 см'^эВ"1. Оценены значения равновесного уровня Ферми - 1.25 эВ ниже дна зоны проводимости и значения неравновесного уровня Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ 0.60-1.25 эВ.

Основные результаты и выводы:

1. Предложена методика определения характеристик туннелирования и ударной ионизации (зависимости от времени толщины слоя объемного заряда в прианодной области и длины области ударной ионизации, напряженности электрического поля в области потенциального барьера на катодной границе раздела, максимальной глубины залегания поверхностных состояний, с которых осуществляется туннели-рование электронов, минимальной толщины барьера, вероятности туннелирования электронов, коэффициента ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами структуры слоя люминофора) и релаксации (время жизни электронов, скорость поверхностного захвата и сечение захвата электронов, их зависимости от параметров напряжения возбуждения) носителей заряда в пленочных электролюминесцентных излучателях.

2. Результаты анализа методических погрешностей позволяют распространить моделирование кинетического управления для туннельного тока электронов с ПС катодной границы раздела с определением зависимостей Е,(1), А',((), Щ>) на полный цикл работы ТП ЭЛИ в течение полупериода импульса напряжения возбуждения.

3. С помощью данной методики определены параметры процесса туннелирования электронов с заполненных ПС катодной границы раздела «диэлектрик - люминофор»: глубина уровней ПС изменяется в процессе роста электрического поля в слое люминофора от ~ 0.6 до 1.3 эВ, вероятность туннелирования от 10-15 с"1 до 300-400 с"1, ширина потенциального барьера от ~ 9.0 до 5.7 нм. Параметры последующей ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами слоя люминофора, имеют следующие максимальные значения: коэффициент умножения электронов - 1.79, число ионизаций, приходящихся на один электрон, вышедший из области ударной ионизации - 0.44, толщина прианодной области ударной ионизации глубоких центров - 0.17 мкм, коэффициент ударной ионизации - 2.6' 104 см"1.

4. Значения поля в прикатодной области слоя люминофора превышают среднее значение поля в слое люминофора в 1.3-1.4 раза и имеет величину (2.75-3.00)106 В/см в зависимости от подачи на верхний электрод положительного или отрицательного напряжения в первом полупериоде, что приводит к увеличению максимальной глубины ПС до -1,63 эВ (вариант +А1) и ~1,53 эВ (вариант -А1), уменьше-

нию минимальной толщины потенциальных барьеров до -5,5 нм (варианты ±А1).Значения вероятности туннелировапия уменьшаются ~ в 4 раза по сравнению со значениями, полученными по упрощенной методике.

5. Распределения плотности ПС сдвигаются в сторону более глубоких уровней ПС при уменьшении частоты напряжения возбуждения и увеличении паузы между двумя соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, что соответствует каскадному механизму релаксации электронов, захваченных на ПС. Максимальные значения плотности заполненных состояний, с которых осуществляется туннелирова-ние электронов на катодной границе раздела ~ 2.5-1013 см"2 ; максимальные значения энергетической плотности заполненных состояний 1 в зависимости от режима работы ТП ЭЛИ составляют от 2-1014 до 1015 см 2-эВ"'; оценены значения равновесного уровня Ферми ~ 1.25 эВ ниже дна зоны проводимости и значения неравновесного уровня Ферми на границе раздела диэлектрик - люминофор в процессе работы ТП ЭЛИ-0.60-1.25-эВ.

Цитированная литература:

1. Электролюминесцентные источники света / под ред. И.К.Верещагина, М.: Энер-гоатомиздат, 1990, 168с.

2. Bringuier.E. Charge transfer in ZnS-type electroluminescence // J.Appl.Phys. 1989, Vol.66, №3,p.l314-1325.

3. Noboru Miura, Mitsuhiro Kawanishi, Hironaga Matsumoto and Ryutaro Nakano. High-Luminance Blue-Emitting BaAl^S^Eu Thin-Film Electroluminescent Devices. Jpn. J. Appl. Phys., 1999, Vol.38, Part.2, №.1 IB, P.L1291- L1292.

4. P. F. Smet, D. Poelman, and R. L. Van Meirhaeghe. Blue Electroluminescence from multilayered BaS:Eu/Al203 thin films. J. Appl. Phys., Vol.95, №.1, P.184-190.

5.Smith D.H. Modeling a.c. thin-film electroluminescent devices //J.Luminescence.l 981. Vol.23, №1, P.209-235.

6. Н.Т.Гурин, О.Ю.Сабитов, А.В.Шляпин. Влияние объемного заряда на характеристики тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе сульфида цинка//Журн. техн. физ. - 2001. - т.71, вып.8. - С.48-58.

7. Н.Т.Гурин, А.В.Шляпин, О.Ю.Сабитов. Кинетика электролюминесценции тонкопленочных излучателей на основе сульфида цинка на ультранизких частотах // Журн. техн. физ. - 2002. - т.72, вып.2. - С.74-83.

8.В.П.Васильченко.Уровни захвата носителей в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе гп8 // ЖПС, 1996, Т.63, вып.З, С.461-465.

9. А.Н.Георгобиани, Пипинс П.А. Туннельные явления в люминесценции полупроводников. М.:Мир, 1994.-224 с.

10. Н.Т.Гурин, Д.В.Рябов. Инфракрасное тушение электролюминесценции тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе 2п8:Мп// Письма в ЖТФ. 2004. Т.30. В.9. С.88-95.

11. Н.Т.Гурин, А.В.Шляпин, О.Ю.Сабитов. Квантовый выход и светоотдача тонкопленочных излучателей на основе сульфида цинка на ультранизких частотах // Журн. техн. физ. - 2003. - т.73, вып.4. - С.100-112.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Н.Т.Гурин, Д.В.Рябов, О.Ю.Сабитов, А.М.Афанасьев. Туннелирование электронов в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях на основе гп8:Мп // Письма в Журн. техн. физ. -2005. - т.31, вып.З. - С.79-85.

2. Н.Т.Гурин, А.М.Афанасьев, О.Ю.Сабитов, Д.В.Рябов. Туннелирование и ударная ионизация в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе 2п8:Мп // Физ. и техн. полупров. - 2006. - т.40, вып.8. - С.949-961.

3. Н.Т.Гурин, О.Ю.Сабитов, А.М.Афанасьев. Характеристики туннелирования и ударной ионизации в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе 2п8:Мп // Физ. и техн. полупров. - 2007. -т.41, вып. 10. - С.1168-1177.

4. Н.Т.Гурин, О.Ю.Сабитов, А.М.Афанасьев. Характеристики поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик - полупроводник в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях на основе 2пЗ:Мп//Тр. Междунар. конф. "Оптика, оптоэлектроника и технологии".Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2009-С.14.

5. Н.Т.Гурин, Д.В. Рябое, А.М.Афанасьев, О.Ю.Сабитов, М.С.Адамова. Туннелирование носителей заряда в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе гп8:Мп// Тр. Междунар. конф. "Оптика, оптоэлектроника и технологии". Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2004. - С.87.

6. Н.Т.Гурин, А.М.Афанасьев, Д.В. Рябов, О.Ю.Сабитов. Туннелирование и ударная ионизация в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях на основе гп8:Мп// Тр. Междунар. конф. "Оптика, оптоэлектроника и технологии". Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2005. - С.191.

Подписано в печать 12.05.09. Формат 60 х 84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 52

Отпечатано с оригинал-макета в Издательском центре Ульяновского государственного университета 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Афанасьев, Александр Михайлович

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ

ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ZnS:Mn

1.1. Структура и параметры тонко пленочных электролюминесцентных излучателей

1.2. Основные характеристики ТП ЭЛИ.

1.3. Физические процессы, протекающие в ТП ЭЛИ

1.4. Глубокие центры в сульфиде цинка, легированном марганцем

1.5.Вывод ы

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ТУННЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ В

ТП ЭЛИ НА ОСНОВЕ ZnS:Mn

2.1. Методика определения основных характеристик туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn

2.2. Уточнение методики определения основных характеристик туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn

2.3. Анализ методической погрешности определения основных характеристик туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn

2.4.Вывод ы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУННЕЛИРОВАНИЯ И УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ

В ТП ЭЛИ НА ОСНОВЕ ZnS:Mn

3.1. Описание исследуемых образцов и эксперимента излучателях

3.3 Экспериментальное исследование характеристик туннелирования и ударной ионизации в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях с использованием уточненной методики

3.4.Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДИЭЛЕКТРИК - ПОЛУПРОВОДНИК В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЯХ НА ОСНОВЕ ZnS:Mn

4.1. Методика определения основных характеристик поверхностных состояний на катодной границе раздела диэлектрик-полупроводник

4.2. Экспериментальное исследование основных характеристик поверхностных состояний на катодной границе раздела диэлектрик-полупроводник

4.3.Вывод ы

Введение диссертация по физике, на тему "Генерационные процессы в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе сульфида цинка, легированного марганцем"

До недавнего времени основной проблемой ТП ЭЛИ была недостаточность яркости свечения для всех цветов свечения, кроме желтого и зеленого, что являлось основным препятствием для создания плоских полноцветных дисплеев. Однако ситуация изменилась к лучшему, когда фирма iFire в 1997 г. представила люминофор синего стабильного свечения SrS:Cc. Затем эта компания в 2002 г. продемонстрировала прототип 17-и дюймового полноцветного дисплея, особенностью которого была замена одной из тонких диэлектрических пленок на слой толстого диэлектрика. К настоящему времени существуют образцы 34-х дюймовых дисплеев, выполненных по такой технологии. Следует отметить, что в основе работы данных устройств лежат те же физические процессы, что и в ТП ЭЛИ структуры МДПДМ. Препятствием для выхода на рынок плоских дисплеев и создания конкуренции с жидкокристаллическими и плазменными панелями является сложность, а соответственно и цена технологического процесса создания данных устройств. Также определенным недостатком является относительно высокое знакопеременное возбуждающее напряжение (до 250 В). [3,4].

Наиболее изученной структурой, обладающей наилучшими показателями эффективности, является структура МДПДМ на основе сульфида цинка, легированного марганцем. .

Процесс люминесценции в ТП ЭЛИ структуры МДПДМ на основе ZnS:Mn обусловлен туннелированием носителей заряда с поверхностных состояний (ПС) катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник в сильном электрическом поле , последующим ударным возбуждением центров свечения Мп2+ и размножением носителей из-за ударной ионизации собственных дефектов структуры и примесей [1,5].

В ZnS:Mn ПС катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник являются основным источником инжектированных электронов. Поэтому катодная граница раздела диэлектрик-полупроводник должна обеспечивать достаточным числом электронных состояний и их соответствующим распределением по энергиям, гарантируя высокую эффективность всей структуры.

Хотя ТП ЭЛИ на данный момент и являются достаточно хорошо изученными с технологической и схемотехнической точки зрения, точное описание процесса туннелирования электронов с ПС и параметров потенциального барьера на указанной границе раздела до настоящего времени отсутствуют.

Поэтому разработка методики определения основных параметров и характеристик процессов туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе сульфида цинка, легированного марганцем, и их зависимостей от режима возбуждения электролюминесценции для возможного управления этими характеристиками ЭЛИ с целью повышения эффективности их функционирования является в настоящее время весьма актуальной. Данная методика может быть применена не только для структур на основе ZnS:Mn, но и и для аналогичных пленочных структур на основе других высокоэффективных люминофоров.

Цель работы: экспериментальное и теоретическое исследование процессов туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn.

Решаемые задачи:

1.Разработка методики определения характеристик туннелировния и параметров ПС на катодной границе раздела диэлектрик — полупроводник

2.Анализ погрешности определения основных характеристик и параметров, описывающих процессы туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ.

3.Исследование влияния условий возбуждения на характеристики туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn.

4.0пределение распределения плотности заполненных ПС от энергии и изменения ее в зависимости от условий возбуждения ТП ЭЛИ, а также оценка положения равновесного и квазиравновесного уровней Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ.

Научная новизна

1 .Разработана физико-математическая модель генерации носителей заряда в ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn и определены параметры данной модели.

2.В рамках данной модели определены динамика опустошения заполненных уровней ПС границы раздела диэлектрик-люминофор, изменение ширины потенциального барьера на этой границе и вероятности туннелирования электронов в единицу времени в процессе работы ТП ЭЛИ.

3.Получены зависимости от времени коэффициента ударной ионизации, коэффициента умножения электронов для полного цикла работы ЭЛИ.

4.Определено распределение электрического поля в прикатодной области слоя лю-минофора и его зависимость от условий возбуждения ТГ1 ЭЛИ.

5.Установлено распределение плотности заполненных ПС от энергии и .изменения ее в зависимости от условий возбуждения ТП ЭЛИ, а также оценено положение квазиравновесного уровня Ферми в процессе работы ТП ЭЛИ.

Практическая значимость полученных результатов;

Предложена методика определения характеристик туннелирования и ударной ионизации (зависимости от времени толщины слоя объемного заряда в прианодной области и длины области ударной ионизации, напряженности электрического поля в области потенциального барьера на катодной границе раздела, максимальной глубины залегания поверхностных состояний, с которых осуществляется туннелиропание электронов, минимальной толщины барьера, вероятности туннелирования электронов, коэффициента ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами структуры слоя люминофора) и релаксации (время жизни электронов, скорость поверхностного захвата и сечение захвата электронов, их зависимости от параметров напряжения возбуждения) носителей заряда в пленочных электролюминесцентных излучателях.

Данная методика может быть использована также для определения характеристик туннелирования электронов в аналогичных пленочных ЭЛИ на основе других высокоэффективных электролюминофоров , в частности синего и зеленого цветов свечения на базе тиоалюминатов бария-магния и кальция, которые характеризуются поведением в электрическом поле, аналогичным поведению структур на основе ZnS, а также при разработке и исследовании пленочпых электролюминесцентных наноструктур.

Положения, выносимые на защиту:

1 .Туннелирование электронов в ТП ЭЛИ осуществляется с ПС катодной границы раздела диэлектрик-полупроводник, имеющих следующие параметры: глубина уровней ПС, с которых осуществляется туннелирование, изменяется в процессе роста поля в зависимости от условий возбуждения ~ от 0.6 до 1.3 eV, вероятность туннелирования от 10-15 до 300-400 s"1, ширина потенциального барьера от ~ 9 до 5.7 nm.

2.Поле в прикатодиой области слоя люминофора превышает среднее значение поля в слое люминофора в 1.3-1.4 раза в зависимости от полярности возбуждающего напряжения.

3.Ударная ионизация глубоких центров характеризуется следующими максимальными значениями параметров: коэффициент умножения 1.8, число ионизаций, приходящихся на один электрон, вышедший из области ударной ионизации, 0.4, толщина прианодной области ударной ионизации глубоких центров 0.2 ц.т, коэффициент ударной ионизации 2.6'104 cm"1.

4.Распределения плотности заполненных ПС, с которых осуществляется туннелирование, сдвигаются в сторону более глубоких уровней ПС при уменьшении частоты напряжения возбуждения и увеличении паузы между двумя соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, что соответствует каскадному механизму релаксации электронов, захваченных на ПС.

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на VI, VII и XI Международных конференциях "Опто-наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2004,2005,2009).

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

4.3. Выводы

Таким образом, в результате исследования распределения плотности заполненных ПС на катодной границе раздела диэлектрик — люминофор от энергии получены зависимости указанных распределений от режима возбуждения ТП ЭЛИ и показано, что данные распределения сдвигаются в сторону более глубоких уровней ПС при уменьшении частоты напряжения возбуждения и увеличении паузы между двумя соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, что полностью соответствует каскадному механизму релаксации электронов, захваченных на анодной границе раздела люминофор-диэлектрик в конце предыдущего цикла работы ТП ЭЛИ. Определены максимальные значения плотности заполненных состояний, с которых осуществляется туннелирование электронов на катодной границе раздела, ~ 2.5-1013 cm"2; максимальные значения энергетической плотности заполненных состояний в зависимости от режима работы ТП ЭЛИ составляют от 2-1014 до 1015 cm"2-eV"'

Вид распределений плотности заполненных состояний от энергии носит монотонный возрастающий характер, не достигающих максимума, что свидетельствует о значительных потенциальных возможностях увеличения эмитированных с заполненных ПС электронов и заряда в слой люминофора, что в соответствии с [142] может обеспечить значительное повышение яркости. Требуемое для этого увеличение поля в прианодной области, обеспечивающие туннельную эмиссию с более глубоких заполненных уровней ПС, легко достигается в соответствии с (6), (9)-(12) при увеличении добротности (максимального запасаемого заряда электрического смещения в диэлектрике при его пробое на единицу площади Qs = sts0Fit , где Fir поле пробоя [48]). При использовании сегнетоэлектрических слоев с Ср»Ср и увеличения плотности заряда , протекающего черехз слой люминофора обеспечивается значительное повышение указанных излучательных параметров не только ТП ЭЛИ на основе ZnS:Mn , но и на основе ряда новых оксидных, тиоалюминатных и других люминофоров [25,149] , требующих для работы повышенных по сравнению с ZnS:Mn рабочих плотностей заряда.

В предположении бимолекулярного механизма релаксации электронов, захваченных на ПС, с более высоких заполненных уровней ПС на более глубокие незаполненные уровни получено значение параметров каскадного процесса релаксации: коэффициенты каскадного поверхностного захвата -1.2-10"12 cm2/s, мгновенного времени жизни электронов до релаксации ~ 7 s, сечения захвата г

22 2 электронов на боле глубокие уровни 2.4-10" cm .

Проведенная аппроксимация полученных на основе экспериментальных данных распределений плотности заполненных ПС от энергии указывает на удовлетворительное описание данных распределений функцией Ферми-Дирака. Значения квазиуровня Ферми для максимальной паузы между включенными состояниями ~100s. для частоты напряжения возбуждения 50 Hz составляет 1,23 eV ниже дня зоны проводимости, а для остальных исследованных режимов составляет от 0,9 до 1,35 eV. Полученные результаты могут быть использованы для анализа работы ТПЭ ЛИ на основе других материалов люминесцентного и диэлектрического слоев, а также при разработке новых типов высокоэффективных пленочных излучателей, в том числе на базе наноразмерных слоев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании полученных результатов выполненных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований характеристик туннелирования и ударной ионизации в ТП ЭЛИ па основе ZnS:Mn можно сделать следующие выводы:

1. Предложена методика определения характеристик туннелирования и ударной ионизации (зависимости от времени толщины слоя объемного заряда в прианодной обласш и длины области ударной ионизации, напряженности электрического поля в области потенциального барьера на катодной границе раздела, максимальной глубины залегания поверхностных состояний, с которых осуществляется туннелирование электронов, минимальной толщины барьера, вероятности туннелирования электронов, коэффициента ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами структуры слоя люминофора) и релаксации (время жизни электронов, скорость поверхностного захвата и сечение захвата электронов, их зависимости от параметров напряжения возбуждения) носителей заряда в пленочных электролюминесцентных излучателях.

2. Результаты анализа методических погрешностей позволяют распространить моделирование кинетического управления для туннельного тока электронов с ПС катодной границы раздела с определением зависимостей E,(t), Xt (/), W(t) на полный цикл работы ТП ЭЛИ в течение полупериода импульса напряжения возбуждения.

3. С помощью данной методики определены параметры процесса туннелирования электронов с заполненных ПС катодной границы раздела «диэлектрик - люминофор»: глубина уровней ПС изменяется в процессе роста электрического поля в слое люминофора от ~ 0.6 до 1.3 eV, вероятность туннелирования от 10-15 s~l до 300-400 s~', ширина потенциального барьера от ~ 9.0 до 5.7 пш. Параметры последующей ударной ионизации глубоких центров, обусловленных собственными дефектами слоя люминофора, имеют следующие максимальные значения: коэффициент умножения электронов — 1.79, число ионизаций, приходящихся на один электрон, вышедший из области ударной ионизации - 0.44, толщина прианодной области ударной ионизации глубоких центров-0.17 цт коэффициент ударной ионизации —2.6'104 cm"1.

4. Значения поля в прикатодной области слоя люминофора превышают среднее значение поля в слое люминофора в 1.3-1.4 раза и имеет величину (2.75-3.00)10б V/cm в зависимости от подачи на верхний электрод положительного или отрицательного напряжения в первом полупериоде, что приводит к увеличению максимальной глубины ПС до -1,63 эВ (вариант +А1) и -1,53 эВ (вариант -А1), уменьшению минимальной толщины потенциальных барьеров до —5,5 nm (варианты ±А1).Значения вероятности туннелирования уменьшаются — в 4 раза по сравнению со значениями, полученными по упрощенной методике.

5. Распределения плотности ПС сдвигаются в сторону более глубоких уровней ПС при уменьшении частоты напряжения возбуждения и увеличении паузы между двумя соседними включенными состояниями ТП ЭЛИ, что соответствует каскадному механизму релаксации электронов, захваченных на ПС. Максимальные значения плотности заполненных состояний, с которых осуществляется туннелирование электронов на катодной границе раздела — 2.5-1013 cm"2; максимальные значения энергетической плотности заполненных состояний1 в зависимости от режима работы ТПЭЛИ составляют от 2-1014 до 1015 cm^-eV"1; оценены значения равновесного уровня Ферми - 1.25 eV ниже дна зоны проводимости и значения неравновесного уровня Ферми на границе раздела диэлектрик - люминофор в процессе работы ТП ЭЛИ - 0.60-1.25 eV.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Афанасьев, Александр Михайлович, Ульяновск

1. Электролюминесцентные источники света / под ред. И.К.Верещагина, М.: Энергоатомиздат, 1990.-168с.

2. Bringuier.E. Charge transfer in ZnS-type electroluminescence // J.Appl.Phys.-1989.-V.66.-№3.-P. 1314-1325

3. Noboru Miura, Mitsuhiro Kawanishi, Hironaga Matsumoto and Ryutaro Nakano. High-Luminance Blue-Emitting BaAl2S4:Eu//Thin-Film Electroluminescent Devices// Jpn. J. Appl. Phys. -1999.- V.38 .-Part.2.- №>.1IV,- P.L1291- L1292

4. Smet P. F., Poelman D., and Ban Meirhaeghe R. L. Blue Electroluminescence from multilayered BaS:Eu/Al203 thin films//J. Appl. Phys.-V.95.-№1.- P.184-190

5. Власенко H.A. Электролюминесцентные устройства отображения информации. — Киев: Общество "Знание" Украины, 1991.- 24с.

6. Турин Н.Т. Основы организации и функционирования многоэлементных плоских индикаторов. Учебное пособие. -Ульяновск: Изд-во Средневолжского научного центра, 1996. 84с.

7. Лямичев И.Я. Устройства отображении информации с плоскими экранами. М.: Радио и связь, 1983. - 239 с.

8. Быстров Ю.А., Литвак И.И., Персианов Г.М. Электронные приборы для отображении информации. М.: Радио и связь, 1985. — 239 с.

9. Мах Р. Электролюминесценция в поликристаллических полупроводниках // Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применение / Под ред. Г.Харбеке. М.: Мир, 1989. - 314с.

10. Ю.Гурии Н.Т., Соломин Б.А. Перспективные средства отображения информации.-Саратов: изд. СГУ, 1986. 116с.

11. Н.Гурин Н.Т., Сабитов О.Ю. Гибридный пленочный электролюминесцентный излучатель переменного тока//Журнал технической физики,-1996.- Т.66.- №.11.-С.201-202

12. King С. 11 th International Workshop and Inorganic and Organic Electroluminesce and 2002 International Conference on the Science and Technology of Emissive Displays and Lighting EL Ghent. Sept. 23-26, 2002.- Ghent: Universiteit Ghent, 2002,- Р.5-Ю

13. King С. Electroluminescent Displays. www.planar.com/Advantages/White Papers/docs/ELD 2003307.pdf

14. Sano Y., Nunomura K., Koyama N., et all. A novel TFEL device using high dielectric constant multilayer ceramic substrate //Conf.Rec.Int. Display Res.Conf. San Diego, Calif., Oct. 15-17, 1985. N.-Y.-1985.-P.173-176

15. Sano Y., Nunomura K., Koyama N., et all. A novel TFEL device using high dielectric constant multilayer ceramic substate// IEEE Trans.Electron Devices.-1986.-V.ED 33.-№ 8. P.l 156-1158

16. Рахлин М.Я., Родионов B.E. Исследование вольт-яркостных характеристик тонкопленочных электролюминесцеитных структур с керамическим диэлектриком// Письма в ЖТФ.-1988.-Т.14,- № 23.- С.2144-2147

17. Мозжухин Д.Д., Бараненков И.В. Тонкопленочные электролюминесцентные индикаторные устройства // Зарубежная радиоэлектроника.-1985.- № 7.- С.81-94

18. Haaranen, J., R. Tornqvist, J. Koponen, T. Pitanen, M. Surmaaho, W. Barrow and C. Laakso. A 9in Diagonal High-Contrast Multi-Color TFEL Display //SID 92 Digest.-1992.- P. 348-351

19. Minami T. Oxide phosphor thin-film electroluminescent devices// Display and Imaging.-1999.- V. 8,- P. 83-93

20. Nire Т. et al., Multicolor TFEL Display Panel with a Double Heterointerface-Structured Active Layer// SID 92 Digest.-1992,- P. 352

21. Heikenfeld J.C., Steckl A,J. Inorganic EL Displays at the Crossroads//Information Display.- 2003,- №12,- P.20-25

22. Seale D., Rodriges L., Werner C. et all. Self Alignet Phosphor Patterning Techniques for EL Display// www.iFire.com

23. Yano Y., Oike Т., and Nagano K. New RGB phosphors for full color inorganic EL display // Extended abstracts of the 11 th international workshop on inorganic and organic electroluminescence.- Academia Press.-2002.- P. 225-230

24. Wu X., Carkner D., Hamaeta H., et all. Large-Screen Flat Panely Display based on iFire's Thick-Dielectric Electroluminescent (TD EL) Technology. //www.iFire.com / images/Tech Papers/Large29. Mileslones www.iFire.com

25. Alt P.M., Dove D.B., Howard W.E. Experimental results on the stability of AC thin-film electroluminescent device//J.Appl. Phys.-1982.-V.53.- №7.-P.5186-5199

26. Пат. Россия. №2034363. 1995.

27. Sung K.P., Jeong I.H., Won K.K., Min G.K. Deposition of indium-tin-oxide films on polymer substrates for application in plastic-based flat panel displays // Thin Solid Films.- 2001.- V.397.- P.49-55

28. Yang Meng, Xiliang Yang, et all. A new transparent conductive thin film 1п2Оз:Мо // Thin Solid Films.- 2001.- V.394.- P.219-223

29. Mergela D., Schenkela M., Ghebrea M., Sulkowskib M. Structural and electrical properties of In203:Sn films prepared by radio-frequency sputtering.// Thin Solid Films.-2001.- V.392.- P.91-9735.Pat. USA. №5411792. 1995.

30. Gurumurugan K., Mangalaraj D., Narayandass Sa.K. Magnetron sputtered transparent condutinf CdO thin films // Abstr. Electron. Mater. Conf., Charlotssesville, Va, June 2123, 1995 // J. Electron. Mater.- 1995.-V.24.- №7.- P. A29

31. Thomas J.A., Rapkine D.H., Carter S.A., Kwo J., Phillips J.M., Cawa R.J. Electrical and optical characterization of transparent conducting oxides // Abstr. Electron. Mater.

32. Conf., Charlotssesville, Va, June 21-23, 1995 / J. Electron. Mater.- 1995.-V. 24,- № 7. -P. A4-A5

33. Messaoudi C., Sayah D., Abd-Lefdil M. Transparent conducting undoped and indium-doped zinc oxide films prepared by spray pyrolysis // Phys. Stat. Sol. A.- 1995.- V.151, № 1.- P.93-97

34. Kawazoe H., Hosono H., Ueda N. New transparent conducting oxides with spinel or pyrochlore structure // Abstr. Electron. Mater. Conf., Charlotssesville, Va, June 21-23, 1995 / J. Electron. Mater.- 1995.- V.24.- № 7.- P. A29

35. Coutts T.J., Wu X., Muligan W., Webb J.M. High-perfomance transparent conductors based on cadmium oxide // Abstr. Electron. Mater. Conf., Charlotssesville, Va, June 2123, 1995 / J. Electron. Mater, 1995.-V.24, № 7,- P. A29-A30

36. Tueta R. Films d'oxydes conducters transparents pour electroluminescents//LC vide les couches minces.-1983.-№ 218.-P.439-441

37. Smith F.T.J., Lyn S.L. Influence of thermal annealing on ITO films properties.// J.Electrochem.Soc.-1981 .-V. 128.-№ 11 .-P.23 88-2394.

38. Randawa H.S., Mattews M.D., Bunshuh R.F. Film Sn02 , prepared by RF-sputtering Method//Thin Solid Films.- 1981.-V.83.-№ 2.-P.267-271

39. Hope L.L., Plumb I.L., Mellor Ch.E. Fabrication of very large electroluminescent devices//Proc.Soc.Photo-Opt. Instreem.Eng.-1983.-V.386.-P.58-62

40. Abe A., Fujita Y., Tohda T. Large-scale highly resoluble AC thin film EL flat panel Display.//Nat.Techn.Report. 1984.- V.30.- № 1.-P.186-192

41. Гурии H.T. Взаимосвязь параметров диэлектрических слоев и порогового напряжения тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов // Электронная техника. Сер. Микроэлектроника.- 1990.- №.1(135).- С.88-90

42. Турин Н.Т. Анализ параметров тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов с разными диэлектрическими слоями // Лазерная техника иоптоэлектроника.- 1992.-№ 3-4.-1 С.74-77

43. Бригаднов И.Ю., Турин Н.Т. Тонкопленочные электролюминесцентные структуры с композиционным жидким диэлектриком // Письма в ЖТФ.- 1990.-Т.16.- №.23.- С.71-74

44. Бригаднов И.Ю., Турин Н.Т., Рябинов Е.Б. Исследование тонкопленочных электролюминесцептных индикаторов с композиционным жидким диэлектриком // ЖПС.- 1993.- Т.59.- №.1-2,- С.175-181

45. Самохвалов М.К. Вольт-яркостная характеристика и светоотдача тонкопленочных электролюминесцентных структур // ЖТФ,- 1996.- Т.66.-№.10.- С. 139-144

46. Турин Н.Т. Энергетический анализ тонкопленочных электролюминесцентных конденсаторов //ЖТФ.- 1996.- Т.66,- №.5.- С.77-85

47. Uede Н., Kanatani Y., Kishishita Н., et al. Thin film Electroluminescent Display units// Digest 1981 SID Int. Symp., New York.- 1981.- P. 28

48. Suntola T. Perfomance of atomic layer epitaxy devices. // Digest 1981 SID Int. Symp., New York, 1981

49. Minami T. Oxide phosphors for Electroluminescent Devices. // Ghent: Universiteit Ghent.-2002.- P.219-224

50. Minami Т., Kobayashi H., Miyata T. et all. High-Luminance Thin film Electroluminescent Devices using ((Y203)0.6-(Ge02)0.4):Mn Phosphors. // Jpn. J. Appl. Phys.- 2002.- V.41.- Part.2.- №5B.- P.L577-L579

51. Mikami A;, Yamamoto K. Red Electroluminescence from MgS:Eu and MgixCaxS:Eu Thin-Film Phosphors Prepared by RF-Sputtering Technique. // Ghent: Universiteit Ghent.- 2002.- P.231-234

52. Xiao Т., Kitai A. H., Liu G., and Nakua A. Bright green oxide phosphors for el displays// SID Digest.-1997.-V.28.- P. 415-418

53. Nakgawa R., Kinoshita Y., Kawanishi M. et all. Mn2+ and Eu2+ Doped Barium Zinc Sulphide Phosphors. // Ghent: Universiteit Ghent.- 2002.- P.61-64

54. Kim Y., Yun S. Photoluminescence properties of Pb2+ centers in CaS:Pb thin films. // J. Phys. Cond. Mater.- 2004,- V.16.- P.569-579

55. Liu G., Acchione J. High-Luminance Green Electroluminescence of Sputtered ZnS:TbOF. // iFire.com.

56. Nakua A., Cheong D., Wu X. Development of new Luminance green EL Devices based on Eu-doped Calcium Thioaluminate Materials System. // iFire.com.

57. Cheong D., Nakua A., Wu X. A Filter-less MgxCal-xA12S4:Eu Green Phosphor for Thick Dielectric EL Displays. // iFire.com.

58. Yun S., Kim Y., Park S. Fabrication of CaS:Pb Blue Phosphor by incorporating dimeric Pb2+ luminescence centers. // Appl. Phys. Lett.- 2001.- V.78.- №6.-P.721-723

59. Mikami A., Terada K., Okibayashi К., Tanaka K., Yoshida M., and Nakajima S. Aging characteristics of ZnS:Mn electroluminescent films grown by a chemical vapor deposition technique//Journal of Applied Physics.-1992.- V. 12.- №2.-P.773-782 1992

60. Miura N., Sasaki Т., Matsumoto H. ct all. Band-Gap Energy Dependence of Emission Spectra in Rare Earth-Doped Zn!xCdxS Thin-Film Electroluminescent Devices// Jpn. J. Appl. Phys.-1992.- V.31, Part.l, №.2A.- P.295-300

61. Abe Y., Onisawa K., Tamura K. et all. Multicolor Electroluminescent Device Utilizing SrS:Pr, Ce Phosphor Layers and Color Filters. // Electroluminescence. Proc. 4th Int. Workshop Tottori, Oct. 11-14.- 1988.- P. 199-202

62. Abe Y., Onisawa K., Tamura K. et all. Multicolor Electroluminescent Device Utilizing SrS:Pr, Ce Phosphor Layers and Color Filters. // Electroluminescencc. Proc. 4th Int. Workshop Tottori, Oct. 11-14.- 1988.- P. 199-202

63. Белецкий А.И., Власенко H.A. Автоволны в тонкопленочных электролюминесцентных структурах с собственной памятью // Письма в ЖТФ.-1993.- Т. 19.-Вып.1.- С.33-37

64. Белецкий А.И., Велигура Л.И., Власенко Н.А., КононецЯ.Ф. Собственная память в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе ZnS-MnF2 // Письма в ЖТФ.- 1993,- Т. 19,- Вып. 12.- С.80-87

65. Wang Zong-Xin, Cardon Felix. A method evaluating the frequency characteristics of ac thin film electroluminescent devices // J. Phys. D.- 1995,- V.28.- № 10.- P.2144-2149

66. Bruc L., Chetrus P., Kopotkov V., Neaga A., Simaschevici A. Crane luminescente cu straturi subtiri bazate pe ZnS:Mn // Rap. 1 Simp, optoelectron. Inst, optoelectron., Magurele, 28 sept., 1993 / Optoelectronica.- 1993.-V.1.- № 4,- P.35-40

67. Zeinert Andreas, Barthou Charles, Benalloul Paul, Benoit Jacques. Transient measurements of the excitation efficiency in ZnS-based thin film electroluminescent devices // Jap. J. Appl. Phys. 1996,- V.35.- № 7.- P.3909-3913

68. Vlasenko N.A., Kopytko Yu.V., Pekar V.S. Concentration and Field Dependences of Electroluminescence Decay Kinetics in ZnS:Mn Thin Film Structures // Phys. stat. sol. (a).-V.81.-№ 10.- P.661-667

69. Aguilera Alberto, Singh Vijay P., Morton David C. Electron energy distribution at the unsulator-semiconductor interface in AC thin film electroluminescent display devices // IEEE Trans. Electron Devices.- 1994.-V.41.- № 8.- P. 1357-1363

70. Corlatan D., Neyts K.A., De Visschere P. The influence of space charge and electric field on the excitation efficiency in thin film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1995.- V.78.- № 12.- P.7259-7264

71. Streicher K., Plant Т.К., Wager J.F. Hot-electron impact excitation of ZnS:Tb alternating-current thin film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1995.-V.78.-№ 3.- P.2101-2104

72. Shih S., Keir P.D., Wager J.F., Viljanen J. Space charge generation in ZnS:Mn alternating-current thin film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1995,- V.78.-№ 9.- P.5775-5781

73. Abu-Dayah A., Kobayashi S., Wager J.F. Internal charge-phosphor field characteristics of alternating-current thin-film electroluminescent devices // Appl.Phys.Lett.- 1993.-V.62.- №7,- P.744-746

74. Abu-Dayah A., Wager J.F., Kobayashi S. Electrical characterization of atomic layer epitaxy ZnS:Mn alternating-current thin-film electroluminescent devices subject to various waveforms // J.Appl.Phys. 1993,- V.74.- № 9,- P.5575-5581

75. Abu-Dayah A., Wager J.F. Aging studies of atomic layer epitaxi ZnS:Mn alternating-current thin-film electroluminescent devices // J. Appl.Phys. 1994.- v.75.- №7.-P.3593-3598

76. Жигальский A.A., Нефедцев E.B., Троян П.Е. Временные характеристики люминесценции структур Al-ZnS:Mn-InxOy, возбуждаемых одиночными импульсами напряжения // Изв. ВУЗов. Физика.- 1995.- №2.- С.37-41

77. Berstein Е., Lundquist S. Tunneling Phenomena in Solids. New York:Plenum Press, 1969.-5 82p.

78. Davidson J.D., Wager J.F. and Kobayashi S. Aging studies of evaporated ZnS:Mn alternating current thin film electroluminescent devices. J. Appl.Phys.-1992.-V.71.-P.4040-4047

79. Vincent G., Chantre A., and Bois D. Electric field effect on the thermal emission of traps in semiconductor junctions// J. Appl. Phys.-1979.- V.50.- P. 5484-5487

80. Singh V.P., Xu Q., McClure J.C., Morton D.C. Phosphor currents in ZnS:Mn ac thin film electroluminescent display device //J. Appl. Phys.-1992.- 4148-1453

81. Conley J.F. and Lenahan P.M. Room Temperature Reactions Involving Silicon Dangling Bond Centers and Molecular Hydrogen in Amorphous Si02 Thin Films on Silicon// Appl. Phys. Lett.-1993-V.62.-P. 40-47

82. Ludeke R., Wen H.J. Localized electron trapping and trap distributions in Si02 gate oxides// Appl. Phys. Lett.-1997.-V.71.№21.-P.3123-3126

83. Thioulouse P., Chang I.F., and Giess E.A. Comparative study of phosphorescence and photostimulated luminescence in zinc silicate phosphors and their description by a tunneling model// J. Electrochem. Soc.-1983.-V.130.-P.2065-2071

84. Hsu С.-Т., Su Y.-K. Electroluminescent devices with different insulator /semiconductor interfaces prepared by radio-frequency sputtering//Opt. Eng.-1993.- V.32.-1803-1808

85. Bhaskaran S., Singh V.P., McClure J.C., Morton D.C. An investigation of electron ejection mechanisms at the insulator-phosphor interface in ZnS:Mn ACTFEL devices // SID International Symposium Proceedings.-1994.-P. 133-136

86. Krasnov A., Bajcar R.C., Hofstra P.G. Electrical characterization of alternating-current thin-film electroluminescent devices// Appl. Phys. Lett.-1998.-V.73,- P.351-354

87. Hsu C.T., Su Y.K., Yokoyama M. Electroluminescent devices with different insulator/semiconductor interfaces prepared by rf sputtering (Proc. Pap.) //Display Technologies.-1992.-V. 1815.-P.288-291

88. Hsu C.T., Li J.W., Liu C.H., Su Y.K., Wu T.S., Yokoyama M. High luminous efficiency thin-film electroluminescent devices with low resistivity insulating materials// J.Appl. Phys.-1992.-V.71.-1509-1512

89. Krasnov A. Selection of dielectrics for alternating-current thin-film electroluminescent device // Thin solid films. -1999.-V.347- P. 1-13

90. Muller G.O., Mach R., Selle B. and Schulz G. Measuring on thin film electroluminescent deviccs // Phys stat. sol. (a).- 1988.- V.l 10.- P.657-669

91. Smith D.H. Modeling a.c. thin-film electroluminescent devices//J.Luminescence.-1981.-V.23.- №1.- P.209-235

92. Davidson J. D., Wager J. F., Khormaei R. I., King C. N. and Williams R. Electrical characterization and modeling of alternating-current thin-film electroluminescent devices// IEEE Trans. Electron Devices.-1992,- V. 39.-P.1122-1128

93. Ruhle W., Marello V., Onton A. Filamentary AC electroluminesccnce in ZnS:Mn// J. Electron.Mater.-1979.-V.8.-№6.-P.839-853

94. Howard W.E., Sahni O., Alt P.M. A simple model for the hysteretic behavior of ZnS:Mn thin film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.-1982.-V.53.-№1.-P.639-647

95. Васильчеико В.П. Уровни захвата носителей в тонкопленочных электролюминесцентных структурах на основе ZnS // ЖПС.- 1996.- Т.63.- №.3,- С.461-465

96. Hitt J.S., Kcyr P.D., Wager J.F. Sun S.S. Static space charge in evaporated ZnS:Mn alternating-current thin-film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1998- V.83.-№2- P.l 141-1145

97. Neyts K.A. and De Visschere P. Analytical model for thin-film electroluminescent devices// J. Appl. Phys.-1990.- V. 68.- P. 4163-4171

98. Petre D., Pintilie I., Ciurea M.L., Bolita T. Interface trapping states in M1SIM structures with ZnS:Mn// Thin solid films.-1995.-V.260,- P.54-57

99. Goldenblum A. and Oprea A. The Time Dependence of Currents in MISIM Structures with ZnS: Mn Active Layers// Phys.status solidi A.-1992.-V.132.-№2.-P.381-395

100. Goldenblum A., Oprea A., and Bogatu V. Time behavior of currents in ZnS:Mn metal-insulator-semiconductor-insulator-metal structures// J. Appl.Phys.-1994.- V.75.1. P. 5177-5185

101. Zuccaro S., Raker Th., Niedernostheide F.-J., Kuhn Т., Purwins H.-G. Physical processes in thin-film electroluminescent structures based on ZnS:Mn showing self-organized patterns// Chaos, Solitons and Fractals.-2003.-V.17.-P.231-236

102. Hitt J.C. and Wager J.F. Insulator issues in alternating-currcnt thin-film electroluminescent devices// J. Appl.Phys.-2001.-V.90.- №6,- P.2711-2712

103. Ang W.M., Pennathur S., Pham L., Wager J.F., and Goodnick S.M. Evidence for band-to-band impact ionization in evaporated ZnS:Mn alternating current thin-film electroluminescent devices//J. Appl. Phys.-1995.- V. 77.- P. 2719- 2724

104. Bringuier E. Electron multiplication in ZnS-type electroluminescent devices// J.Appl.Phys.-1990.-V.67.-P.7040-7044

105. Keir P.D., Ang W.M. and Wager J.F. Modeling space charge in alternating current thin film electroluminescent devices using a singlesheet charge model //J.Appl. Phys.-1995.- V.78 .-P.4668-4680

106. Физика соединений AnBvl. // Под ред. А.Н.Георгобиани, М.К.Шейнкмана. -М.: Наука, Гл. ред. Физ-мат. лит., 1986. 320 с.

107. Морозова И.К., Кузнецова В.А. Сульфид цинка: получение и свойства. -М.: Наука, 1987.-200 с.

108. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Михаленко В.Н. Структура дефектов ZnS с собственно дефектной дырочной проводимостью // Изв. АН СССР, Неорган, материалы.- 1982.- Т. 17.- №7.-С.1329-1334

109. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров.- М.: Высш. шк., 1982.-376 с.

110. Грузинцев А.Н. Сложные центры свечения в сильнолегированных примесью сульфидах кадмия, цинка, стронция и кальция: дисс. док. физ.-мат.наук.-Черноголовка, 1999.-373с.

111. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б. Люминесценция ZnS с собственно-дефектной и примесной дырочной проводимостью // Изв. АН СССР, сер. физическая.- 1982.- Т.46.- С.259-265

112. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов. // Под ред. Полторака О.М.-М.: Мир, 1969.-654 с.

113. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. -М.: Высш. шк., 1982-376 с.

114. Joseph J.D., Neville R.C. Some optical properties of high-resistivity zinc sulfide. // J. Appl. Phys.- 1977.- V.48.- №5.- P. 1941-1945

115. Георгобиани A.H., Маев Р.Г., Озеров Ю.В., Струмбан Э.Е. Исследование глубоких уровней в монокристаллах сульфида цинка. // Изв. АН СССР, сер. физическая. -1976.- Т.40.- №9.- С.1079-1083

116. Берченко Н.Н., Кревс В.Е., Средин В.Г. Полупроводниковые твердые растворы и их применение. Справочные таблицы.- М.: Воениздат, 1982.- 208с.

117. Vlasenko N.A., Chumachkova М.М., Denisova Z.L. et all. On nature of centers responsible for inherent memory in ZnS :Mn thin-film electroluminescent devices. // J. Cryst. Growth.- 2000.- V.216.- P.249-255

118. Neyts K.A., Corlatan D., De Visschere P. et all. Observation and simulation of space-charge effects and histeresis in ZnS:Mn as thin-film electroluminescent devices // J.Appl.Phys. -1994.- V.75.-№10.- P.5339-5346

119. Yang K.-W., Owen S.J.T. Mechanisms of the negative-resistance characteristics in AC thin-film electroluminescent devices // IEEE Trans. On Electron. Devices.- 1983.1. V.ED-30.- №5,- P.452-459

120. Douglas A.A., Wager J.F., Morton D.C. et all. Evidence for space charge in atomic layer epitaxy ZnS:Mn alternating-current thin-film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1993.- v.73, №1,- P.296-299

121. Howard W.E., Sahni O., Alt P.M. A simple model for the hysteretic behavior of ZnS:Mn thin film electroluminescent devices // J. Appl. Phys.- 1982.- V.53.- №1.-P.639-647

122. Турин H.T., Рябов Д.В., Сабитов О.Ю., Афанасьев A.M. Туннелирование электронов в тонкопленочных электролюминесцентных излучателях на основе ZnS:Mn // Письма в Журн. техн. физ. -2005. Т.31.-№.3. - С.79-85

123. Турин Н.Т., Сабитов О.Ю., Шляпин А.В. Влияние объемного заряда на характеристики тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе сульфида цинка // Журн. техн. физ. 2001. - Т.71.- №.8. - С.48-58

124. Турин IT.T., Шляпин А.В., Сабитов О.Ю. Кинетика электролюминесценции тонкопленочных излучателей на основе сульфида цинка на ультранизких частотах // Журн. техн. физ. 2002. - Т.72.- №.2. - С.74-83

125. Георгобиани А.Н., Пипинс П.А. Туннельные явления в люминесценции полупроводников.- М.:Мир, 1994.- 224 с.

126. Турин Н.Т., Рябов Д.В. Инфракрасное тушение электролюминесценции тонкоплепочных электролюминесцентных структур на основе ZnS :Мп//ЖТФ,-2005.- Т.75.- №. 1. -С.45-54

127. Турин Н.Т., Шляпин А.В., Сабитов О.Ю. Квантовый выход и светоотдача тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе сульфида цинка // Журн. техн. физ. 2003. - Т.73,- №.4. - с. 100-112

128. Турин Н.Т., Шляпин А.В., Сабитов О.Ю., Рябов Д.В. Влияние фотовозбуждения на электрические характеристики тонкопленочных электролюминесцентных структур на основе ZnS:Mn // Журн. техн. физ. 2003. - Т.73.- №.4. - С.90-99

129. Турин Н.Т., Рябов Д.В. Инфракрасное тушение электролюминесценции тонкопленочных электролюминесцентных излучателей на основе ZnS:Mn// письма ЖТФ,- 2004.- Т.30.- №.9.- С.88-95

130. Турин Н.Т., Сабитов О.Ю. Влияние формы возбуждающего напряжения на яркость свечения тонкопленочных электролюминесцентных излучателей // Журн. техн. физ. 1999. - Т.69,- №.2. - С.64-69.

131. Shih S., Keir P.D., Hitt J., and Wager J. F. Offset of the electrical characteristics of alternating-current thin-film electroluminescent devices// Appl. Phys. Lett.-1995.-V.78.-№9.-P. 1223-1227

132. Zeinert A., Barthou C., Benaloul et all. Excitation efficiency and field non-uniformity in ZnS-based thin-film electroluminescent devices grown by atomic layer epitaxy // Semicond. Sci. Technol. 1997,- V.12.- P. 1479-1486

133. Турин H.T., Сабитов О.Ю. Определение параметров и характеристик электролюминесценции в топкопленочных излучателях на основе ZnS:Mn // Журн. техн. физ. 2006. - Т.76.- Вып.8. - С.50-62

134. Дворяншин Б.В. Метрология и радиоизмерения: Учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений.-М.: Издательсктй центр «Академия», 2005.-304 с.

135. Bringuier Е. Tentative anatomy of ZnS-type electroluminescence// J. Appl.Phys.-1994.- V.75.- №9.- P. 4291-4312

136. Wager J.F., Hitt J.C., Baukol B.A., Bender J.P., Keszler D.A. Luminescent impurity doping trends in alternating-current thin-film electroluminescent phosphors// J. Lumin.-2002.- v. 97.- P. 68-81

137. Ржаков A.B. Электронные процессы на поверхности полупроводников. Изд. Наука, гл. ред. физ.-мат. литературы.- М., 1971. -486с.

138. ОвсюкВ.Н. Электронные процессы в полупроводниках с областями пространственного заряда. -Новосибирск. Наука. 1984. 254с.

139. Турин Н.Т., Сабитов О.Ю. Релаксация параметров тонкопленочных электролюминесцентных структур на основе ZnS:Mn при выключении//ФТП.-2008.-V.42-№8.-C.692-705

140. Heikenfeld J.C., Dorey R., Wharmore R., Bender J.P. et all. High brightness ZnS and GaN electroluminescent devices using PZT thick dielectric layers// IEEE Trans. On Electron Devices.-2005.-V.52.-№2.-P. 194-203