鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜及其制備方法和電致發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電材料領(lǐng)域，其公開了一種鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜及其制備方法和電致發(fā)光器件；該發(fā)光薄膜的其化學(xué)通式為:aGa2-xO3-bSi3N4:xCe3+；其中，aGa2-xO3-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心x的取值范圍為0.001～0.04。鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，其電致發(fā)光譜（EL）中，在535nm位置有很強(qiáng)的發(fā)光峰。
【專利說明】鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜及其制備方法和電致發(fā)光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜及其制備方法。本發(fā)明還涉及一種使用該發(fā)光薄膜作為發(fā)光層的電致發(fā)光器件。

【背景技術(shù)】
[0002]薄膜電致發(fā)光顯示器(TFELD)由于其主動(dòng)發(fā)光、全固體化、耐沖擊、反應(yīng)快、視角大、適用溫度寬、工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已引起了廣泛的關(guān)注，且發(fā)展迅速。
[0003]在發(fā)光體系材料中，氮氧硅鎵化合物具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以稀土離子摻雜的氮氧硅鎵化合物在作為熒光粉已經(jīng)得到深入的研究，能夠得到良好的紅綠光的激發(fā)。但是，氮氧硅鎵化合物體系在制備成薄膜電致發(fā)光材料的報(bào)道仍十分少見。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述問題，本發(fā)明提供一種鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供的鋪摻雜氮氧娃鎵的發(fā)光薄膜，其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，x的取值范圍為 0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97 ;優(yōu)選:x的取值為
0.03，a的取值范圍0.05，b的取值范圍0.95。
[0007]本發(fā)明還提供上述鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其利用脈沖激光沉積法(PLD)來制備，工藝步驟如下:
[0008](I)、陶瓷靶材的制備:根據(jù)化學(xué)通式aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+中元素化學(xué)計(jì)量比，分別稱取Ga2O3, Si3N4和CeO2粉體，均勻混合后，在900~1300°C下燒結(jié)，制得陶瓷靶材；其中，X的取值范圍為0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97 ;
[0009]優(yōu)選，對(duì)陶瓷靶材進(jìn)行切割，其規(guī)格為Φ 50 X 2mm ;燒結(jié)溫度優(yōu)選1250°C。
[0010](2)、將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設(shè)備的腔體中，密封腔體后，對(duì)腔體進(jìn)行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0011]優(yōu)選，ITO玻璃襯底在放入腔體前需清洗處理:先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，然后再放入真空腔體中；
[0012]抽真空處理是采用機(jī)械泵和分子泵把腔體進(jìn)行的；腔體真空度為5.0X 10_4Pa。
[0013](3)、設(shè)置鍍膜工藝參數(shù):設(shè)置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40SCCm的氧氣工作氣體，工作壓強(qiáng)為0.2~5Pa ;待工藝參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，該發(fā)光薄膜的其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，x的取值范圍為
0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97 ;
[0014]優(yōu)選，鍍膜工藝參數(shù)為:基靶間距為60_，襯底溫度為500°C，鍍膜激光的能量為150W，過程中通入流量為20SCCm的氧氣工作氣體，工作壓強(qiáng)為3Pa，；以及x的取值為0.03，a的取值范圍0.05，b的取值范圍0.95。
[0015]氧氣的作用是用來補(bǔ)償靶材中流失的氧元素，減少氧空位形成的無輻射復(fù)合中心，增加發(fā)光效率。
[0016]本發(fā)明還提供一種電致發(fā)光器件，包括玻璃襯底、ITO陽(yáng)極、發(fā)光薄膜層以及陰極層，其中，所述發(fā)光薄膜為鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03_bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，X的取值范圍為0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.l,b的取值范圍0.91~
0.97。
[0017]電致發(fā)光器件的制備工藝如下:
[0018](I)、陶瓷靶材的制備:根據(jù)化學(xué)通式aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+中元素化學(xué)計(jì)量比，均勻混合后，在900~1300°C下燒結(jié)，制得陶瓷靶材；其中，X的取值范圍為0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97 ;
[0019](2)、將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設(shè)備的腔體中，密封腔體后，對(duì)腔體進(jìn)行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0020](3)、設(shè)置鍍膜工藝參數(shù):設(shè)置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40SCCm的氧氣工作氣體，工作壓強(qiáng)為0.2~5Pa ;待工藝參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，該發(fā)光薄膜的其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，x的取值范圍為
0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97 ;
[0021](4)、步驟(3)制得含發(fā)光薄膜的ITO玻璃襯底以及Ag納米粒子移入真空蒸鍍?cè)O(shè)備中，在發(fā)光薄膜表面蒸鍍一層起陰極作用的Ag層；
[0022]待上述步驟完成后，制得電致發(fā)光器件。
[0023]本發(fā)明采用脈沖激光沉積法(PLD)，制備鈰摻雜氮氧硅鎵發(fā)光薄膜，得到薄膜的電致發(fā)光譜(EL)中，在535nm位置有很強(qiáng)的發(fā)光峰。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為實(shí)施例3制得的發(fā)光薄膜樣品的EL光譜圖；
[0025]圖2為實(shí)施例6制得的電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體,摩爾數(shù)分別為 0.03mmol, 0.97mmol, 0.01 mmol ,經(jīng)過均勻混合后，在1250°C下燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為60mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到5.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為20SCCm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為3Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為 150W，得到樣品 0.03GaL9903-0.97Si3N4:0.01Ce3+ 發(fā)光薄膜。
[0029]實(shí)施例2
[0030]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體，摩爾數(shù)分別為 0.0.099mmol,0.9mmol,0.0Olmmol，經(jīng)過均勻混合后，在900°C下燒結(jié)成Φ 50 X 2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為45mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到1.0X10_3Pa，氧氣的工作氣體流量為lOsccm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為0.5Pa，襯底溫度為250°C，激光能量為 80W，得到樣 0.1Gbl 999O3-0.9Si3N4:0.0OlCe3+ 發(fā)光薄膜。
[0031]實(shí)施例3
[0032]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體,摩爾數(shù)分別為 0.05mmol, 0.91mmol, 0.04mmol,經(jīng)過均勻混合后，在1300°C下燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為95mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
1.0X10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為40SCCm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為1.5Pa，襯底溫度為750°C，激光能量為 300W，得到樣品 0.09GaL9603-0.91Si3N4:0.04Ce3+ 發(fā)光薄膜。
[0033]圖1為實(shí)施例3 制得的發(fā)光薄膜樣品的EL光譜圖；從圖1可知，在535nm位置有很強(qiáng)的發(fā)光峰。
[0034]實(shí)施例4
[0035]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體,摩爾數(shù)分別為 0.05mmol, 0.93mmol, 0.02mmol,經(jīng)過均勻混合后，在950°C下燒結(jié)成Φ 50 X 2mm的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為50mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
3.0X 10_4Pa，氧氣的工作氣體流量為30SCCm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為2.5Pa，襯底溫度為600°C，激光能量為 150W，得到樣品 0.07GaL9803-0.93Si3N4:0.02Ce3+ 發(fā)光薄膜。
[0036]實(shí)施例5
[0037]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體,摩爾數(shù)分別為 0.04mmol, 0.95mmol, 0.01mmol,經(jīng)過均勻混合后，在1000°c下燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為75mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
7.0X10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為15SCCm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為4.5Pa，襯底溫度為350°C，激光能量為 250W，得到樣品 0.05GaL9703-0.95Si3N4:0.01Ce3+ 發(fā)光薄膜。
[0038]實(shí)施例6
[0039]本實(shí)施為電致發(fā)光器件，如圖2所示，其中，I為玻璃襯底；2為ITO透明導(dǎo)電薄膜，作為陽(yáng)極；3為發(fā)光材料薄膜層；4為Ag層，作為陰極。
[0040]選用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉體,摩爾數(shù)分別為 0.03mmol, 0.94mmol, 0.03mmol,經(jīng)過均勻混合后，在1250°C下燒結(jié)成Φ50Χ2πιπι的陶瓷靶材，并將靶材裝入真空腔體內(nèi)。然后，先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶ITO的玻璃襯底，并用對(duì)其進(jìn)行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設(shè)定為85mm。用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽到
5.0X 10_5Pa，氧氣的工作氣體流量為35SCCm，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)為5Pa，襯底溫度為500°C，激光能量為200W，得到樣品0.06GaL9703-0.94Si3N4:0.03Ce3+發(fā)光薄膜。然后在將發(fā)光薄膜移入真空蒸鍍?cè)O(shè)備中，在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
[0041]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，其特征在于，其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03_bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，X的取值范圍為0.0Ol~0.04，a的取值范圍0.03~0.l,b的取值范圍0.91~0.97。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，其特征在于，X的取值為0.03，a的取值范圍0.05，b的取值范圍0.95。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，其特征在于，包括下述化學(xué)式的發(fā)光薄膜:
.0.03Ga199O3-0.97Si3N4: 0.01Ce3+ ; 0.1 Ga1.99903-0.9Si3N4: 0.0OlCe3+ ；.0.09Ga 1 9603- 0.9 ISi3N4: 0.04Ce3+ ；0.0 7 G a980 3-0.93 Si3N4: 0.02Ce3+ ；.0.05Ga1 9703-0.95Si3N4:0.03Ce3+ ；0.06GaL9703-0.94Si3N4:0.03Ce3+。
4.一種鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 陶瓷靶材的制備:根據(jù)化學(xué)通式aGa2_x03-bSi3N4:XCe3+中元素化學(xué)計(jì)量比，分別稱取Ga2O3, Si3N4和CeO2粉體，均勻混合后，在900~1300°C下燒結(jié)，制得陶瓷靶材； 將制得的陶瓷靶材和ITO玻璃襯底裝入鍍膜設(shè)備的腔體中，密封腔體后，對(duì)腔體進(jìn)行抽真空處理，控制腔體真空度為1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ； 設(shè)置鍍膜工藝參數(shù):設(shè) 置基靶間距為45~95mm，襯底溫度為250°C~750°C，鍍膜激光的能量為80~300W，過程中通入流量為10~40SCCm的氧氣工作氣體，工作壓強(qiáng)為.0.2~5Pa ;待工藝參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行鍍膜處理；隨后在ITO玻璃襯底的ITO層表面制得鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜，該發(fā)光薄膜的其化學(xué)通式為:aGa2_x03_bSi3N4:xCe3+ ;其中，aGa2_x03-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，x的取值范圍為.0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述陶瓷靶材制備過程中的燒結(jié)溫度為1250°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述抽真空處理是采用機(jī)械泵和分子泵把腔體進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述腔體真空度為5.0X10_4Pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述鍍膜工藝參數(shù)為:基靶間距為60mm，襯底溫度為500°C，鍍膜激光的能量為150W，過程中通入流量為20SCCm的氧氣工作氣體，工作壓強(qiáng)為3Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈰摻雜氮氧硅鎵的發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，X的取值為0.03，a的取值范圍0.05，b的取值范圍0.95。
10.一種電致發(fā)光器件，包括玻璃襯底、ITO陽(yáng)極、發(fā)光薄膜層以及Ag陰極層，其特征在于，所述發(fā)光薄膜為鋪摻雜氮氧娃鎵的發(fā)光薄膜，其化學(xué)通式為:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基質(zhì)，Ce3+是激活光離子，為發(fā)光薄膜的發(fā)光中心，x的取值范圍為.0.001~0.04，a的取值范圍0.03~0.1，b的取值范圍0.91~0.97。
【文檔編號(hào)】H05B33/14GK104178141SQ201310196839
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】周明杰, 陳吉星, 王平, 張娟娟 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司