Анотація до роботи:

Рощина Н.М. Розробка фізико-хімічного методу одержання і дослідження характеристик світловипромінюючих структур на основі широкозонних А₂В₆. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 – технологія, обладнання і виробництво електронної техніки. Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2008.

Дисертація присвячена розробці із металоорганічних сполук та комплексному дослідженню характеристик тонких плівок на основі широкозонних А₂В₆ з метою їх використання в якості світловипромінюючих структур.

Вперше одержані тонкі плівки ZnS:Cu та композитні шари, що містять нанорозмірні частинки ZnS і CdS, різного кольору світіння. Досліджено морфологію поверхні та структуру полікристалічних плівок на основі ZnS:Cu та композитних плівок на основі ZnS і CdS. Встановлено, що плівки на основі ZnS:Cu мають більш впорядковану структуру і менш рельєфну поверхню, ніж плівки, одержані методом електронно-променевого випаровування у вакуумі.

Досліджені спектри фото- та електролюмінесценції, електричні та електролюмінесцентні характеристики світловипромінюючих структур. Виявлено, що випромінювальні властивості одержаних зразків найбільше залежать від концентрації вихідних речовин і температури підкладинки. Змінюючи температуру підкладинки від 260 до 300 С (тонкі плівки ZnS:Cu) та від 120 до 40 С (композитні плівки), можна одержати кольори світіння від червоного до синього.

Розроблено стабільний тонкоплівковий електролюмінофор, одержаний на основі ZnS:Cu, з синім кольором світіння (l_max = 455 нм), яскравістю 10 кд/м² при збудженні синусоїдальною напругою частотою 5 кГц, 60 В. Характер деградації одержаного люмінофора такий самий, як для промислових тонкоплівкових люмінофорів.

Виходячи з аналізу проведених досліджень, вперше:

1. Розроблена проста та недорога безвакуумна технологія отримання із хелатних металоорганічних сполук світловипромінюючих полікристалічних плівок на основі сульфіду цинку з різним вмістом міді при температурі підкладинки в діапазоні
260–300 С та нанокомпозитних плівок на основі сульфідів цинку та кадмію при температурі підкладинки в діапазоні 40–120 С.

2. Встановлено, що кристалічна структура та морфологія поверхні плівок залежить від технологічних умов, при яких вони були одержані. Виявлено, що плівки ZnS:Cu, одержані при температурі до 300 С зі швидкістю розпилювання V_розп 1 мл/хв, є полікристалічними, гексагонального типу, з переважаючою орієнтацією в напрямку <0001>, мають більш впорядковану структуру й менш рельєфну поверхню, ніж плівки, отримані методом електронно-променевого випаровування у вакуумі.

3. Виявлено, що випромінювальні властивості плівок найбільше залежать від концентрації вихідних речовин і температури підкладинки. Максимальна яскравість випромінювання забезпечується при С_Cu = 0,1–0,2 % масових. Зміна температури підкладинки в інтервалі 220–260 C практично не впливає на інтенсивність люмінесценції, тоді як збільшення температури від 260 до 300 С призводить до росту інтенсивності випромінювання залежно від концентрації міді на 2–3 порядки величини. Змінюючи температуру підкладинки від 260 до 300 С, можна одержати кольори світіння від червоного до синього.

4. Досліджено вплив легування домішками в процесі термічної обробки плівок сульфідів цинку з метою оптимізації режимів активації в процесі росту для збільшення яскравості й світловіддачі. Встановлено, що введення активатора й коактиватора в ході наступної термообробки призводить до того, що смуга власних дефектів (л_max = 570 нм) виявляється повністю подавленою й з’являються смуги, характерні для "синіх" і "зелених" центрів світіння міді.

5. Показано, що стабільність роботи досліджуваних структур суттєво залежить від умов формування плівок. Для вихідних MOCVD-зразків, одержаних на основі ZnS:Cu, час напрацювання на відмову становить 1,0 год. Для зразків, що зазнали легування в процесі термообробки та в разі відсутності в складі центрів світіння атомів кисню, час напрацювання на відмову 6 годин.

6. Розроблено стабільний тонкоплівковий електролюмінофор на основі ZnS:Cu з синім кольором світіння (l_max = 455 нм) яскравістю 10 кд/м² при збудженні синусоїдальною напругою частотою 5 кГц, 60 В. Характер деградації одержаного електролюмінофора такий, як і для промислових люмінофорів (наприклад, SrS:Cu), що вказує на можливість одержання електролюмінесцентних випромінювачів на основі досліджуваних структур.

8. Відпрацьовані технологічні режими одержання нанокомпозитних шарів на основі ZnS і CdS, за яких зміна кольору світіння від жовтого до зеленого і синього досягається шляхом зміни температури підкладинки від 120 до 40 С при незмінному складі компонентів вихідної речовини. Встановлено, що світіння в короткохвильовій області спектру відбувається при температурі підкладинки 40–50 С, що відповідає більш нерівноважному режиму росту кристалітів і зменшенню їх розмірів.

Основні результати дисертаційної роботи викладені в наступних публікаціях:

1. Свєчников С.В., Завьялова Л.В., Рощина Н.Н., Родионов В.Е., Хомченко В.С., Бережинский Л.И., Прокопенко И.В., Литвин П.М., Литвин О.C., Коломзаров Ю.В., Циркунов Ю.А. Люминесцирующие пленки ZnS:Cu, полученные химическим методом // ФТП. – 2000. – Т.34., № 10. – С. 1178-1182.

2. Хомченко В.С., Завьялова Л.В., Рощина Н.Н., Свечников Г.С., Прокопенко И.В., Родионов В.Е., Литвин П.М., Литвин О.C., Циркунов Ю.А. Структура, свойства и механизм электролюминесценции пленок ZnS:Cu, полученных химическим методом // ЖТФ. – 2002. – Т. 72, №2. – С. 44-48.

3. Khomchenko V., Rodionov V., Zavyalova L., Svechnikov G., Roshchina N., Khachatryan V., Savin A., Bacherikov Yu., Marchilo O., Tzyrkynov Yu., Stiles J. Electroluminescent ZnS-Cu films made by metalorganic chemical vapour deposition and thermodiffusion // Semicond. Sci. Technol. – 2003. – Vol. 18. – P. 512-516.

4. Svechnikov G.S., Zavyalova L.V., Roshchina N.N., Prokopenko I.V., Berezhinsky L.I., Khomchenko V.S., Lytvyn O.S. Composite film structures containg ZnS, CdS nanoparticles prepared by MOC pyrolysis at low temperatures // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. – 2004. – Vol. 7, №2. – P. 157-160.

5. Khomchenko V., Fedorenko L., Yusupov N., Rodionov V., Bacherikov Yu., Svechnikov G., Zavyalova L., Rochina N., Lytvyn P., Muchlio M.. Laser processing and characterization of ZnS-Cu thin film // Applied Surface Science. – 2005. – Vol. 247, Issues 1-4. – P. 434-439.

6. Kryshtab T.G., Khomchenko V.S., Andraca-Adame J.A., Zavyalova L.V., Roshchina N.N., Rodionov V.E., Khachatryan V.B. Preparation and properties of thin ZnS:Cu films phosphors // Thin Solid Films. – 2006. – Vol. 515. – P. 513-516.

7. Khomchenko V.S., Kryshtab T.G., Savin A.K., Zavyalova L.V., Roshchina N.N., Rodionov V.E., Lytvyn O.S., Kushnirenko V.I., Khachatryan V.B., Andraca-Adame J.A. Fabrication and properties of ZnO:Cu and ZnO:Ag thin films // Superlattices and Microstructures. – 2007. – Vol. 42. – P. 94-98.

8. Svechnikov S., Zavyalova L., Roshchina N., Khomchenko V., Rodionov V., Berezhinsky L., Prokopenko I., Lytvyn P., Lytvyn O., Tsyrkunov Yu., Kolomzarov Yu. Growth and characterization of ZnS:Cu thin films by MOCVD // Proc. 8^th Int. Symp. SID. - Novy Svet (Ukraine). – 1999. – Р. 130-137.

9. Svechnikov S.V., Zavyalova L.V., Roshchina N.N., Khomchenko V.S., Rodionov V.E., Tzyrkynov Yu.A. Luminance blue-, green-, yellow-emitting ZnS:Cu thin films phosphor grown by MOCVD // Proc. 10^th Int. Symposium ”Advanced display technologies” (SID). – Minsk (Belarus). – 2001. – С. 97-99.

10. Khomchenko V., Rodionov V., Zavyalova L., Svechnikov G., Roshchina N., Khachatryan V., Savin A., Bacherikov Yu., Marchilo O., Tzyrkynov Yu., Stiles J. Blue ZnS-Cu, Cl TFEL phosphor fabrication by non-vacuum technique // Proc. 11^ht Int. Symp. SID. – Crimea (Ukraine). – 2002. – Р. 113-119.

11. Khomchenko V.S., Rodionov V.E., Savin A.K., Zavyalova L.V., Rochina N.N., Khachatryan V.B., Lytvyn O.S, Optasyuk S.V. Optical and structural studies of ZnO-Ag films by oxidized ZnS films grown by MOCVD // The Conf. Proc. of the European Workshop on MOVPE. – Lausanne. – 2005. – P. 253-255.

12. Svechnikov S.V., Zavyalova L.V., Roshchina N.N., Berezhinsky L.I., Khomchenko V.S., Rodionov V.E., Atdaev B.S. Effect of Ga co-doping on luminescence characteristics of ZnS:Cu thin films // Book of Ext. Abstr. 3th Int. School-Conf. Phys. Probl. in Mater. Sci. of Semicond. – Chernivtsi (Ukraine). – 1999. – Р. 197.

13. Хомченко В.С., Завьялова Л.В., Рощина Н.Н., Родионов В.Е., Свєчников Г.С., Бережинский Л.И. Фотолюминесценция пленок ZnS:Cu, полученных методом MOCVD с применением дитиокарбаматов // Материалы VIII-ой конференции по физике и технологии тонких пленок. – Ивано-Франковск (Украина). – 2001. – С. 210-211.

14. Бачериков Ю.Ю., Литвин П.М., Рощина Н.Н., Федоренко Л.Л., Хомченко В.С., Юсупов Н.М.. Исследование влияния ультрафиолетового облучения на люминесцентные и структурные свойства пленок ZnS:Cu // Материалы VIII-ой конференции по физике и технлогии тонких пленок. – Ивано-Франковск (Украина). – 2001. – С. 70-71.

15. Zavyalova L.V., Khomchenko V.S., Svechnikov G.S., Roshchina N.N., Marchilo O.N. Zinc and cooper ditiocarbamates as precursors for luminescent films growth // Book of Ext. Abstr. COMC 21th Century. – Nizhny Novgorod (Russia). – 2002. – Р. 190.

16. Хомченко В., Родионов В., Завьялова Л., Свєчников Г., Рощина Н., Хачатрян В., Савин А., Бачериков Ю., Марчило О., Циркунов Ю., Стайлз Дж. Перспективный безвакуумный метод получения тонкопленочного люминофора ZnS-Cu, Cl // Материалы IX-ой конференции по физике и технoлогии тонких пленок. – Ивано-Франковск (Украина). – 2003. – С. 62.

17. Svechnikov G.S., Zavyalova L.V., Khomchenko V.S., Roshchina N.N., Prokopenko I.V., Litvin O.S. Electroluminescent ZnS:Cu thin films prepared by pyrolysis of MOS and thermodiffusion // Book of Ext. Abstr. Display Optics 2004. – St. Peterburg,(Russia). – 2004. – Р. 31.

18. Рощина Н.Н., Свечников Г.С., Завьялова Л.В., Прокопенко И.В., Бережинский Л.И., Хомченко В.С., Литвин О.С. Нанокомпозитные структуры на основе ZnS и CdS, полученные методом MOCVD // Материалы II-ой Украинской научной конференции по физике полупроводников. – Черновцы – Вижница (Украина). – 2004. – Т. 2. – С. 83.

19. Khomchenko V., Fedorenko L., Yusupov N., Rodionov V., Bacherikov Yu., Svechnikov G., Zavyalova L., Rochina N., Lytvyn P., Muchlio M.. Laser processing and characterization of ZnS-Cu thin film // E-MRS Spring Meeting 2004, Symposium N, Abstracts. – Strasburg (France). – 2004. – N/PIII.20.

20. Zavyalova L.V., Svechnikov G.S., Roshchina N.N., Prokopenko I.V., Khomchenko V.S., Litvin O.S., Marchilo O.N. ZnS-, CdS- nanocrystals in polymeric matrix made from ditiocarbamates by pyrolysis at low temperature // Book of Ext. Abstr. Int. Conf. “From molecules towards materials”. – Nizhny Novgorod (Russia). – 2005. – P.126.

21. Kryshtab T., Khomchenko V., Andraca-Adame J., Zavyalova L., Roshchina N., Rodionov V., Khachatryan V. Preparation and properties of thin ZnS:Cu films phosphors // Abstracts XIII – th Int. Congress of Thin Films and VII-th Int. Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures. – Stockholm. – 2005. – P.71.

22. Kryshtab T., Khomchenko V., Zavyalova L., Roshchina N., Rodionov V., Khachatryan V. Structural and photoluminescence properties of ZnO:Cu thin films grown by MOCVD // Abstracts XIII – th Int. Congress of Thin Films and VII-th Int. Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures. – Stockholm. – 2005.– P. 71.

Анотації