專利名稱：一種納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米硅薄膜應(yīng)用技術(shù)和電致發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域，特指一種應(yīng)用納米硅
薄膜材料電致發(fā)光原理以達(dá)到顯示圖像目的的裝置，即一種發(fā)光顯示器件的顯示單元。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光顯示技術(shù)是一種借助有機(jī)半導(dǎo)體功能材料將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的技 術(shù)。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)，具有低成本、超輕薄、響應(yīng)速度快、低功 耗、寬視角、低溫性能優(yōu)異、可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)越性能，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的顯示技 術(shù)之一。有機(jī)電致發(fā)光的應(yīng)用主要是在手機(jī)面板、電視機(jī)、MP3、MP4、PDA、數(shù)碼相機(jī)、車載顯 示器、娛樂器材等顯示領(lǐng)域，被認(rèn)為是真正實(shí)現(xiàn)壁掛式顯示的高新技術(shù)產(chǎn)品。國際上研制有 機(jī)電致發(fā)光顯示器始于80年代末。據(jù)有關(guān)報(bào)道，國內(nèi)2001年，清華大學(xué)有機(jī)光電子實(shí)驗(yàn)室 成功研制出新一代顯示屏——有機(jī)電致發(fā)光顯示屏。同時(shí)，自20世紀(jì)80年代，納米技術(shù)得 到了迅猛發(fā)展。納米硅亦應(yīng)運(yùn)而生。納米硅薄膜是一種人工制備的薄膜半導(dǎo)體材料，它由細(xì) 微晶粒和大量晶粒間界所構(gòu)成，具有高遷移率、壓阻系數(shù)大、室溫電導(dǎo)率高、電導(dǎo)激活能低、 光電性能好、電致發(fā)光、光吸收能力強(qiáng)以及具有量子點(diǎn)特征等新穎特性，國內(nèi)以何宇亮教授 為首的納米科研小組對(duì)納米硅的優(yōu)異特性進(jìn)行過較系統(tǒng)的報(bào)道。隨著研究的逐漸深入，如 何實(shí)現(xiàn)納米硅的應(yīng)用成為國內(nèi)外日益關(guān)注的焦點(diǎn)。本發(fā)明利用納米硅薄膜的電致發(fā)光特 性，將其取代有機(jī)薄膜作為電致發(fā)光顯示屏的發(fā)光材料，通過設(shè)計(jì)適宜的加工工藝，研制出 納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米硅薄膜發(fā)光單元及其制備方法，采用等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)制備氫化的納米硅(nc-Si:H)薄膜。在玻璃襯底、柔性金屬或 聚酰亞胺膜襯底上制備納米硅薄膜電致發(fā)光單元。利用射頻濺射方法沉積A1作背電極和 ITO薄膜上作透明電極。 —種納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，從上至下由背電極層、N型層納米硅薄膜、本 征層納米硅薄膜、P型層納米硅薄膜和透明電極層組成，其中背電極層為Al電極，接正極， 透明電極層為ITO薄膜，接負(fù)極。 上述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，N型層納米硅薄膜的膜厚為70 90nm，本
征層納米硅薄膜的膜厚為490 510nm， P型層納米硅薄膜的膜厚為30 50nm。 上述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，Al電極的厚度為300nm。 上述的發(fā)光顯示單元的制備方法為 采用玻璃襯底的發(fā)光顯示單元的制備方法 1、先在玻璃襯底上沉積ITO膜上電極； 2、利用PECVD方法制備納米硅薄膜本征層，作為發(fā)光層；其中所用硅烷的稀釋比 ([SiH4]/[SiH4+H2])是5% ;
3、利用PECVD方法和硼的摻雜制備P型納米硅薄膜，硼烷與硅烷的體積流量比在 1 : 20 1 : 5 ;所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%，硼烷的稀釋比([B2H6]/ [B2H6+H2])是O. 5%。 利用PECVD方法和磷的摻雜來制備N型納米硅薄膜，磷烷與硅烷的流量比在體積 1 : 20 4 : 25;其中所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5X，磷烷的稀釋比([PH3]/ [PH3+H2])是0. 5%。 4、分別對(duì)P/I、 I/N界面進(jìn)行氫鈍化處理； 5、濺射透明Al背電極，利用導(dǎo)電橡膠陣列壓制技術(shù)使導(dǎo)電橡膠陣列與Al膜進(jìn)行 接觸，并形成一定的壓力。 上述制備方案中，步驟4中氫的鈍化處理的具體工藝為每層薄膜沉積結(jié)束后，通 氫氣15分鐘，做鈍化處理。 上述制備方案中，步驟5采用純度為99. 99%鋁靶，利用射頻濺射方法沉積Al膜， 射頻頻率為13. 56MHz，工作氣體為氬氣。 采用柔性金屬或聚酰亞胺膜襯底的發(fā)光顯示單元的制備方法
1、先在柔性金屬或聚酰亞胺膜襯底上濺射Al膜； 2、利用PECVD方法制備納米硅薄膜本征層，作為發(fā)光顯示層；其中所用硅烷的稀 釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%。 3、利用PECVD方法和硼的摻雜制備P型納米硅薄膜，硼烷與硅烷的流量比在5% 20%;其中所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%，硼烷的稀釋比,6]/[B2H6+H2]); 利用PECVD方法和磷的摻雜來制備N型納米硅薄膜，磷烷與硅烷的流量比在5% 16% ;其 中所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%，磷烷的稀釋比([PH3]/[PH3+H2])是0.5%。
4、分別對(duì)P/I、 I/N界面進(jìn)行氫鈍化處理；
5、濺射ITO透明上電極。 上述制備方案中，步驟1的具體濺射過程為采用純度為99. 99%鋁靶，利用射頻 濺射方法沉積Al膜，射頻頻率為13. 56MHz，工作氣體為氬氣。 上述制備方案中，步驟4中氫的鈍化處理的具體工藝為每層薄膜沉積結(jié)束后，通 氫氣15分鐘，做鈍化處理。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是避免有機(jī)薄膜，利用納米硅電致發(fā)光特性，在柔性襯底上制備厚 度較小的高效穩(wěn)定的納米硅薄膜發(fā)光單元。工藝簡(jiǎn)單、易產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、所用材料成本低，對(duì) 環(huán)境無污染、無輻射。


圖1是本發(fā)明的納米硅薄膜電致發(fā)光發(fā)光單元結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式1發(fā)光單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在透明導(dǎo)電玻璃(IT0膜)襯底上設(shè)計(jì)電致發(fā)光單元的基本結(jié)構(gòu)，如圖l所示。N
層、P是分別可以形成電子-空穴勢(shì)，在外電場(chǎng)的作用下，發(fā)生復(fù)合進(jìn)而發(fā)光。 采用Al背電極，減少光從背電極漏射。
2發(fā)光單元的制備 ITO作為發(fā)光單元的共電極，在鍍有ITO膜的玻璃基板上采用PECVD沉積技術(shù)制作 半導(dǎo)體層，其中 P型納米硅薄膜采用高氫稀釋硅烷、氫氣和硼烷按一定比例混合作為反應(yīng)氣體， RF+DC雙重功率源作用，沉積壓力為140Pa，功率為280 330W，直流電壓為200 220V，襯 底溫度為250 280。C，生長厚度30 50nm ;其中所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2]) 是5%，硼烷的稀釋比([B2H6]/[B2H6+H2])是0.5%。 本征納米硅薄膜采用高氫稀釋硅烷和氫氣按一定比例混合作為反應(yīng)氣體，RF+DC 雙重功率源作用，沉積壓力為140Pa，功率為280 330W，直流電壓為200 220V，襯底溫度 為250 28(TC，厚度為490 510nm;其中所用硅烷的稀釋比([SiHj/[SiH4+H2])是5%。
N型納米硅薄膜層采用高氫稀釋硅烷、氫氣和硼烷按一定比例混合作為反應(yīng)氣 體，RF+DC雙重功率源作用，沉積壓力為140Pa，功率為280 330W，直流電壓為200 220V， 襯底溫度為250 28(TC，厚度為490 510nm ;其中所用硅烷的稀釋比([SiH4] / [SiH4+H2]) 是5%，磷烷的稀釋比([PH3]/[PH3+H2])是0.5%。
濺射金屬Al膜做為正電極，厚度為300nm ; 利用導(dǎo)電橡膠陣列壓制技術(shù)使導(dǎo)電橡膠陣列與Al膜進(jìn)行接觸，并形成一定的壓 力。 IT0和A1以及夾在中間的納米硅薄膜構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的發(fā)光單元；通過調(diào)節(jié)兩極電 壓實(shí)現(xiàn)不同波段的光色顯示；同時(shí)掃描不同的發(fā)光單元，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)光陣列的圖像顯示。
本發(fā)明制備的發(fā)光顯示單元厚度小，小于2iim，無液體物質(zhì)，因此抗震性能好；可 視角度為180度；響應(yīng)時(shí)間小，數(shù)量級(jí)為10-11秒；低溫特性好，在零下50度時(shí)仍能正常顯 示；工作電壓為2 3V，功耗小于300mV ;壽命不低于35000小時(shí)。
權(quán)利要求
一種納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，從上至下由背電極層、N型層納米硅薄膜、本征層納米硅薄膜、P型層納米硅薄膜和透明電極層組成，其中背電極層為Al電極，接正極，透明電極層為ITO薄膜，接負(fù)極。
2. 權(quán)利要求l所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于N型層納米硅薄膜的 膜厚為70 90nm，本征層納米硅薄膜的膜厚為490 510nm， P型層納米硅薄膜的膜厚為 30 50歷。
3. 權(quán)利要求1所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，Al電極的厚度為300nm。
4. 權(quán)利要求1所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于本征層納米硅薄膜 采用PECVD方法制備，其中所用硅烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%。
5. 權(quán)利要求l所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于P型納米硅薄膜利用 PECVD方法和硼的摻雜制備，硼烷與硅烷的體積流量比在1 : 20 1 : 5;所用硅烷的稀釋 比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%，硼烷的稀釋比([B2H6]/[B2H6+H2])是O. 5%。
6. 權(quán)利要求l所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于N型納米硅薄膜利用 PECVD方法和磷的摻雜來制備，磷烷與硅烷的流量比在體積1 : 20 4 : 25;其中所用硅 烷的稀釋比([SiH4]/[SiH4+H2])是5%，磷烷的稀釋比([PH3]/[PH3+H2])是0.5%。
7. 權(quán)利要求l所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于P型層納米硅薄膜與 本征層納米硅薄膜的界面之間和本征層納米硅薄膜/N型納米硅薄膜界面之間進(jìn)行氫鈍化 處理，具體為每層薄膜沉積結(jié)束后，通氫氣15分鐘。
8. 權(quán)利要求4、5或6所述的納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，其特征在于N型層納米硅 薄膜、本征層納米硅薄或P型層納米硅薄膜制備時(shí)，采用RF+DC雙重功率源作用，沉積壓力 為140Pa，功率為280 330W，直流電壓為200 220V，襯底溫度為250 280°C 。
全文摘要
一種納米硅薄膜電致發(fā)光顯示單元，涉及納米硅薄膜應(yīng)用技術(shù)和電致發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域。從上至下由背電極層、N型層納米硅薄膜、本征層納米硅薄膜、P型層納米硅薄膜和透明電極層組成，其中背電極層為Al電極，接正極，透明電極層為ITO薄膜，接負(fù)極。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是避免有機(jī)薄膜，利用納米硅電致發(fā)光特性，在柔性襯底上制備厚度較小的高效穩(wěn)定的納米硅薄膜發(fā)光單元。工藝簡(jiǎn)單、易產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)、所用材料成本低，對(duì)環(huán)境無污染、無輻射。
文檔編號(hào)H01L27/15GK101699626SQ20091023292
公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者丁建寧, 程廣貴, 袁寧一, 郭立強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)