183831. lajstromszámú szabadalom • Elektroluminescens vékony réteg szerkezet
1 183 831 2 Az 1—5. ábrák a találmány szerinti elektrolumineszcens szerkezet különféle lehetséges kiviteli alakjainak sematikus, keresztmetszeti képei. A 6. ábra a 4. ábrán bemutatott szerkezet AC feszültségfényesség görbéjét mutatja. A 7. ábra a 4. ábrán bemutatott szerkezet izzítási és roncsolási feszültségét mutatja a védőréteg vastagságának függvényében. A 8. ábra egy találmány szerinti szerkezet DC feszültségfényesség görbéjét szemlélteti. Az 1. ábra egy olyan találmány szerinti elektrolumineszcens szerkezetet mutat, amely legegyszerűbb formájában AC üzemeltetésre készül. A szerkezetben egy 1 szubsztrát rétegre, amely például üveg lehet, egymás után egy első 2 elektródréteget, egy első elektromosan vezető kémiai 3 védőréteget, egy első kémiai 4 védőréteget, amely dielektromos anyagból készült, egy meglehetősen vékony további 5 szigetelőréteget, amely átmeneti rétegként funkcionál, egy 6 lumineszcensréteget, egy további 7 szigetelőréteget, egy második dielektromos 8 védőréteget, egy második vezető 9 védőréteget, és egy 10 második elektródréteget viszünk fel. Szaggatott vonalakkal egy 1’ szubsztrátréteget ábrázolunk, amelyet kívánt esetben a szerkezet másik oldalán is kiépíthetünk. A 3 és 4 védőrétegből álló, első további rétegszerkezet, és a 8 és 9 védőrétegből álló, második további rétegszerkezet a kémiai védelemre szolgál. A 4 és 8 védőrétegek, amelyek az első és második további rétegszerkezet belső részét alkotják, az áram korlátozását célozzák. A 2. ábrán bemutatott szerkezet hasonló az 1. ábrán bemutatotthoz, azzal a különbséggel, hogy nem tartalmazza az első dielektromos 4 védőréteget. A 3. ábra hasonlít a 2. ábra szerinti szerkezethez, azzal az eltéréssel, hogy nem tartalmazza a második védő-vezető réteget. A4, ábrán bemutatott szerkezet hasonlít a 3. ábra szerinti szerkezethez, azzal az eltéréssel, hogy itt hiányzik a második további 7 szigetelőréteg. Az 5. ábrán bemutatott szerkezet hasonlít a 4. ábrán bemutatott szerkezethez, azzal az eltéréssel, hogy itt az első további 5 szigetelőréteg is hiányzik. A következőkben részletesebben a 4. ábra szerinti szerkezetet vizsgáljuk, mert ezen az optimális megoldás egy lehetséges módozata jól bemutatható. Az anyagot megválasztása és a használt dimenziók azonban az 1—3. és az 5. ábra szerinti szerkezetekre is alkalmazhatók. A 4. ábra szerinti szerkezetben egy dielektromos anyagból készült védőréteget (az 1. ábrán a 4 védőréteg) egy elektromosan vezető kémiai 3 védőréteggel. Másrészt, a 8 védőrétegben használt vegyes szigetelő, a tantál-titán-oxid (TTO) elektromos szigetelésre és úgynevezett áramkorlátozó rétegként egyaránt szolgál, ugyanakkor a felső kémiai védőréteg szerepét is betölti. A 3 védőrétegben használt titán-oxid, amely megfelelő elektromos vezetőképességgel rendelkezik, az alsó 2 elektróda és a 6 lumineszcens rétegben levő cink-szulfid kémiai elválasztására szolgál. A titán-oxid és a cink-szulfid között egy nagyon vékony alumínium-oxidból készült 5 szigetelőréteg helyezkedik el, amely bizonyos tulajdonságainál fogva javítja a lumineszcenciát, de ugyanakkor az elektromos védelemben kifejtett szerepe csekély. Miután az áram korlátozó réteget és a vezető kémiai védőréteget ily módon el választottuk egymástól, a különböző rétegvastagságok külön-külön a két tulajdonság szempontjából optimizálhatók. A 6. ábra egy jellegzetes feszültség fényesség görbét mutat . A görbéből megállapítható, hogy a működési feszültség 100 Vp alatti szintre csökkent. A jó áramkorlátozás következtében a feszültség a széleken igen magas. A gyorsított élettartam-vizsgálatok szerint a kémiai stabilitás jó. A 3,5,6, és 8 rétegeket úgynevezett ALE (Atomic Layer Epitaxy = atomos réteg epitaxia) módszerrel alakítottuk ki. Az indium-ón-oxid (ITO) rétegeket (a 2 és 10) reaktív porlasztással növesztettük. Az 1 szubsztrátréteg akár közönséges szóda-mész üveg, nátrium-mentes üveg, például Corning 7059 üveg lehet. A szubsztrát mellett egy áttetsző vezető réteg, például indium-ón-oxid (ITO) réteg van (2). A 3 védőréteg titán-oxidból (TÍO2) készül. A réteg fajlagos ellenállása 103—105 Ohm-cm. Ez olyan szerkezetekben, amelyekben az alsó 2 elektródaréteg az ITO réteg, a titán-oxid réteg vastagságát 100 nm alá korlátozza. Ez arra vezethető vissza, hogy kívánatos, hogy a laterális vezetést alacsony szinten tartsuk, annak érdekében, hogy az alsó ábra széle éles maradjon. Ha az alsó vezető 2 elektródaréteg integrált megoldású, ez a követelmény nem érvényes, mert az ábra pontosságát a felső vezető 10 elektródaréteg határozza meg. A titán-oxid meglehetősen jó vezetőképességéből következik, hogy nem marad feszültség a filmen, ami bizonyos előnnyeljár. Az 1 szubsztrát üvegből diffundáló szennyezések nem befolyásolják a titán-oxid elektromos tulajdonságait, a szigetelőrétegtől eltérően. Ugyancsak nem mutat a titán-oxid az elektromos teret elősegítő diffúziót. A titán-oxid kémiailag nagyon stabil, például kémiai marása igen nehéz. A 6 lumineszcens, illetve a 3 védőréteget alkotó cinkszulfid és titán-oxid rétegek között egy nagyon vékony alumínium-oxid5 szigetelőréteg helyezkedik el. Ezaréteg három funkciót lát el: stabil szubsztrátot alkot a cinkszulfid növesztéséhez, ugyanakkor jól gátolja az injekciót, végül megakadályozhatja az alacsony energiájú elektronok haladását a szerkezetben. Az alumínium-oxid szigetelőanyag is, amely növeli a szerkezet működési feszültségét. Ezért kell az alumíniumoxid réteget a lehető legvékonyabbra kialakítani, ügyelve azonban, hogy egyéb jó tulajdonságai megmaradjanak. Az aktív 6 lumineszcens réteg mangánnal ötvözött cinkszulfid. A cink-szulfid réteg vastagsága meghatározza az izzási feszültséget és, AC üzemmódban, a maximális fényességet is. A cink-szulfid réteg vastagságának növelésével e két faktor mindegyike nő. Ha figyelembe vesszük a megadott szempontokat, a cink-szulfid réteg vastagságának megválasztásánál kompromisszumra van szükség. Úgy találjuk, hogy az optimális vastagság 300 nm körül van. Közvetlenül a cink-szulfid rétegen egy tantál-oxid réteg van. Ennek jelölésére a TTO jelölést használjuk. A TTO réteget 2:1 arány mellett alakítottuk ki. Kísérleteket folytattunk más arányokkal is. A határ, amelynél a TTO Ta2Ü5 típusú szigetelőből TÍO2 nemszigetelő anyaggá alakul , igen éles. Ha a határ egyik oldalán maradunk, az előállítási eljárás során használt arány nincs észlelhető hatással a réteg tulajdonságaira. A TTO igen hasonló a Ta20s-hoz. A TTO dielektromos állandója 1 kHz frekvenciánál 20. A TTO átütési feszültsége 7 MV cm'1. Ez a érték megegyezik a TuOs réteg esetében mért értékkel. Amikor azonban vékonyréteg szerkezetekről van szó, az anyag tömb tulajdonságain kívül más körülmények is befolyásolják az át5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
