Сплав на основе алюминия для электродов фотоприемных и светоизлучающих устройств

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к сплавам на основе алюминия, используемым в качестве катодов светоизлучающих и фотоприемных устройств. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: литий 0,3-2,5, магний 0,5-6,0, по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей цирконий, иттрий, церий, марганец, хром и скандий 0,01-0,5, по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей бериллий, кальций, барий и стронций 0,0002-0,5, алюминий остальное. Техническим результатом изобретения является снижение порога зажигания, повышение яркости при более низких напряжениях и токах, т. е. повышение квантового выхода, повышение ресурса работы, уменьшение ширины спектра излучения. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в электронной технике, в частности в качестве электродов светоизлучающих и фотоприемных устройств.

Известно применение алюминия для изготовления электродов в электролюминесцентных панелях [1]. Электроды, в частности катоды полимерных светоизлучающих диодов, изготовленные из алюминия, имеют высокий порог по напряжению включения устройств, при этом не обеспечивают достаточной яркости свечения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является сплав на основе алюминия, содержащий 0,2 мас.% Li, применяемый в качестве катодов в полимерных электролюминесцентных устройствах (ЭЛУ) [2].

Известный сплав позволяет получить электроды с заметным квантовым выходом при низком рабочем напряжении. Однако при взаимодействии с окружающей средой и полимерами в составе светоизлучающих устройств содержание лития снижается, поэтому при использовании сплавов с низким содержанием лития быстро происходит ухудшение электронных инжекционных характеристик и ограничение ресурса работы устройства. К недостаткам следует также отнести относительно высокий порог зажигания по напряжению 1,7 В, относительно невысокую яркость ЭЛУ - 400 кд/м² при 3 В и большую ширину спектра - 100 нм при 300 К, не позволяющую получить чистый цвет для использования в полноцветных дисплеях.

Целью изобретения является снижение порога зажигания, повышение яркости при более низких напряжениях и токах, т.е. повышение квантового выхода, повышение ресурса работы, уменьшение ширины спектра излучения.

Для достижения поставленной цели и сплав на основе алюминия, содержащий литий, дополнительно введены магний, по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей цирконий, иттрий, церий, марганец, хром и скандий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей бериллий, кальций, барий и стронций, при следующем соотношении компонентов, мас.%: литий 0,3-2,5; магний 0,5-6,0; по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей цирконий, иттрий, марганец, хром и скандий 0,01-0,5; по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей бериллий, кальций, барий и стронций 0,0002-0,5; алюминий остальное.

Содержание лития выбрано в пределах 0,3-2,5% для обеспечения высоких инжекционных характеристик. Нижний предел 0,3% обусловлен эффектом снижения максимальной яркости ЭЛУ и стабильности характеристик ЭЛУ, а верхний - резким ухудшением технологичности на стадии металлургического производства, а именно высокая окисляемость, склонность к трещинообразованию при литье.

Введение в сплав магния в пределах 0,5-6,0% приводит к снижению поверхностной активности лития, при этом не снижая рабочие характеристики электрода. В присутствии магния можно вводить более высокое содержание лития, а это позволяет проводить нанесение пленки при более низком вакууме (1,010^-5 - 1,010^-6 мм рт.ст.) методами вакуумно-плазменного или термического осаждения. При содержании магния менее 0,5% его действие не проявляется. Сплавы с повышением содержания магния выше 6,0% не технологичны, особенно при обработке давлением.

Элементы модификаторы - цирконий, иттрий, церий, марганец, хром и скандий, введенные порознь, в различных сочетаниях и совместно, приводят к измельчению структуры и к более равномерному распределению фаз, образованных магнием и литием, что благоприятно сказывается как на качество заготовок, так и электродов. Повышается однородность электрода и, как следствие, улучшаются его инжекционные характеристики и ресурс работы. Нижний предел 0,01% обусловлен проявлением эффекта воздействия их, а верхний 0,5% ограничен из-за образования грубых первичных интерметаллидов. Последнее приводит к ликвационным процессам и к снижению технологичности.

Поверхностно-активные элементы - кальций, барий, бериллий и стронций, введенные порознь, в различных сочетаниях и совместно, приводят к снижению активности лития, особенно в присутствии магния. Нижний предел 0,0002% обусловлен проявлением эффекта воздействия их, а верхний 0,5% ограничен как с точки зрения образования грубых первичных интерметаллидов, так и с точки зрения экологической безопасности. Эти элементы предохраняют сплав от окисления в процессе плавки и литья, в том числе и в технологических процессах изготовления ЭЛУ.

Примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение, приведены в таблицах. В табл. 1 приведен химический состав опробованных композиций предлагаемого и известного сплавов. При приготовлении композиций алюминий, литий, кальций, барий вводили в чистом виде, а цирконий, марганец, хром, иттрий, стронций, церий, скандий и бериллий - в виде лигатуры. Плавка осуществлялась в электрической печи. Из отлитых слитков изготавливались заготовки, из которых были приготовлены электроды методами термического и плазменного осаждения для электролюминесцентных устройств.

Как видно из данных табл. 2 предлагаемый сплав по сравнению с известным сплавом позволяет получить электролюминесцентные устройства с улучшенными характеристиками, а именно с более низким порогом зажигания по напряжению, более высокой яркостью при меньшем напряжении, меньшей шириной спектра электролюминесценции, большим временем работы и большей стабильностью характеристик.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 373906, кл. Н 05 В 33/26, 1971.

2. Патент США N 5429884, кл.Н 05 В 33/26, опубл.1992.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия для катодов фотоприемных и светоизлучающих устройств, содержащий литий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний, по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей цирконий, иттрий, церий, марганец, хром и скандий, и по крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей бериллий, кальций, барий и стронций при следующем соотношении компонентов, мас.%: Литий - 0,3 - 2,5 Магний - 0,5 - 6,0 По крайней мере один металл, выбранный из группы, включающий цирконий, иттрий, церий, марганец, хром и скандий - 0,01 - 0,5 По крайней мере один металл, выбранный из группы, включающей бериллий кальций, барий и стронций - 0,0002 - 0,5 Алюминий - Остальное2

РИСУНКИ

Рисунок 1