RU2123538C1

RU2123538C1 - Aluminum-base alloy for electrodes of photodetecting and light radiation devices

Info

Publication number: RU2123538C1
Application number: RU98106975A
Authority: RU
Inventors: О.Е. Грушко; В.С. Корсаков; В.Л. Кустов; Л.М. Шевелева
Original assignee: Некоммерческое партнерство "Полимерная электроника"
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: electronic engineering, in particular, aluminum-base alloys used as cathodes of light-radiation and photodetecting devices. SUBSTANCE: alloy includes the following components, mas. %: lithium, 0.3-2.5; magnesium, 0.5-6.0; at least one metal taken from group including zirconium, yttrium, cerium, manganese, chromium and scandium, 0.01-0.5; at least one metal taken from group including beryllium, calcium and strontium, 0.0002-0.5; aluminum, the balance. EFFECT: reduced firing threshold, higher luminesce at low voltages and current intensity values, i.e. increased quantum yield, prolonged service life and reduced width of radiation spectrum. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в электронной технике, в частности в качестве электродов светоизлучающих и фотоприемных устройств. The invention relates to the metallurgy of aluminum-based alloys used in electronic technology, in particular as electrodes of light-emitting and photodetecting devices.

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. It is known the use of aluminum for the manufacture of electrodes in electroluminescent panels [1]. The electrodes, in particular the cathodes of polymer light-emitting diodes made of aluminum, have a high threshold for switching on the devices, while not providing sufficient brightness.

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]. The closest in technical essence and the achieved positive effect is an aluminum-based alloy containing 0.2 wt.% Li, used as cathodes in polymer electroluminescent devices (ELUs) [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.Known alloy allows you to get electrodes with a noticeable quantum yield at low operating voltage. However, when interacting with the environment and polymers in the composition of light-emitting devices, the lithium content decreases, therefore, when using alloys with a low lithium content, the electronic injection characteristics deteriorate quickly and the life of the device is limited. The disadvantages also include relatively high threshold ignition voltage of 1.7 V, a relatively low brightness ELU - 400 cd / m ² at 3 V and a wider spectrum - 100 nm at 300 K, which does not allow to obtain pure colors for use in full color displays .

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. The aim of the invention is to reduce the ignition threshold, increase brightness at lower voltages and currents, i.e. increasing the quantum yield, increasing the service life, reducing the width of the radiation spectrum.

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. To achieve this, an aluminum-based alloy containing lithium has additionally introduced magnesium, at least one metal selected from the group consisting of zirconium, yttrium, cerium, manganese, chromium and scandium, and at least one metal selected from the group including beryllium, calcium, barium and strontium, in the following ratio of components, wt.%: lithium 0.3-2.5; magnesium 0.5-6.0; at least one metal selected from the group consisting of zirconium, yttrium, manganese, chromium and scandium 0.01-0.5; at least one metal selected from the group consisting of beryllium, calcium, barium, and strontium 0.0002-0.5; aluminum rest.

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. The lithium content is selected in the range of 0.3-2.5% to ensure high injection characteristics. The lower limit of 0.3% is due to the effect of reducing the maximum brightness of the ELU and the stability of the characteristics of the ELU, and the upper one due to a sharp deterioration in manufacturability at the stage of metallurgical production, namely, high oxidizability, tendency to crack formation during casting.

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 (1,0•10^-5 - 1,0•10^-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.The introduction of magnesium in the range of 0.5-6.0% leads to a decrease in the surface activity of lithium, while not reducing the performance of the electrode. In the presence of magnesium, a higher lithium content can be introduced, and this allows the film to be applied at a lower vacuum (1.0 • 10 ^-5 - 1.0 • 10 ^-6 mm Hg) by vacuum-plasma or thermal deposition. When the magnesium content is less than 0.5%, its effect is not manifested. Alloys with an increase in magnesium content above 6.0% are not technologically advanced, especially when processed by pressure.

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. Modifier elements - zirconium, yttrium, cerium, manganese, chromium and scandium, introduced separately, in various combinations and together, lead to a refinement of the structure and a more uniform distribution of phases formed by magnesium and lithium, which favorably affects both the quality of the workpieces and electrodes. The uniformity of the electrode increases and, as a result, its injection characteristics and service life are improved. The lower limit of 0.01% is due to the manifestation of the effect of their influence, and the upper 0.5% is limited due to the formation of coarse primary intermetallic compounds. The latter leads to segregation processes and to a decrease in manufacturability.

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. Surface active elements - calcium, barium, beryllium and strontium, administered separately, in various combinations and together, lead to a decrease in lithium activity, especially in the presence of magnesium. The lower limit of 0.0002% is due to the manifestation of the effect of their influence, and the upper 0.5% is limited both in terms of the formation of coarse primary intermetallic compounds and in terms of environmental safety. These elements protect the alloy from oxidation during melting and casting, including in the manufacturing processes of ELU.

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. Examples illustrating the invention are shown in tables. In the table. 1 shows the chemical composition of the tested compositions of the proposed and known alloys. In preparing the compositions, aluminum, lithium, calcium, barium were introduced in pure form, and zirconium, manganese, chromium, yttrium, strontium, cerium, scandium, and beryllium were introduced as a ligature. Melting was carried out in an electric furnace. Billets were made from cast ingots, from which electrodes were prepared by thermal and plasma deposition methods for electroluminescent devices.

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. As can be seen from the data table. 2, the proposed alloy in comparison with the known alloy allows to obtain electroluminescent devices with improved characteristics, namely with a lower ignition threshold for voltage, higher brightness at lower voltage, less width of the electroluminescence spectrum, longer operating time and greater stability of characteristics.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 373906, кл. Н 05 В 33/26, 1971.Sources of information
1. USSR author's certificate N 373906, cl. H 05, 33/26, 1971.

2. Патент США N 5429884, кл.Н 05 В 33/26, опубл.1992. 2. US patent N 5429884, CL H 05 B 33/26, publ. 1992.

Claims

An aluminum based alloy for the cathodes of photodetectors and light emitting devices, containing lithium, characterized in that it further comprises magnesium, at least one metal selected from the group consisting of zirconium, yttrium, cerium, manganese, chromium and scandium, and at least one metal selected from the group comprising beryllium, calcium, barium and strontium in the following ratio of components, wt.%:
Lithium - 0.3 - 2.5
Magnesium - 0.5 - 6.0
At least one metal selected from the group including zirconium, yttrium, cerium, manganese, chromium and scandium - 0.01 - 0.5
At least one metal selected from the group consisting of beryllium calcium, barium and strontium - 0.0002 - 0.5
Aluminum - Else2