CN101097981A - 一种电致发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的电致发光器件是二氧化钛电致发光的器件，由硅衬底、自下而上依次沉积在硅衬底正面的TiO2薄膜和ITO电极以及沉积在硅衬底背面的欧姆接触电极组成。其制备步骤如下：先将P型或N型硅片清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室抽真空，以纯钛金属为靶材，以Ar作为溅射气氛，进行溅射沉积，得到Ti膜；然后将Ti膜在O2气氛下热氧化，生成TiO2薄膜。在TiO2薄膜上溅射ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。本发明的器件结构和实现方式简单，制得的硅基二氧化钛电致发光器件的电致发光峰位在450nm、515nm和600nm，并且该器件的制备方法所用的设备与现行成熟的硅器件平面工艺兼容，易实现大规模、低成本制造的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电致发光的器件及其制备方法，尤其是二氧化钛电致发光的器件及其制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种宽禁带半导体，其禁带宽度为3-3.2ev。二氧化钛的声子能量比较低，可以降低非辐射跃迁的几率。此外，它还具有光电转换、光学非线性等性质。这些优越的性能使得二氧化钛倍受人们关注。1983年，Nakato.Y小组用溶液法第一次得到了二氧化钛的电致发光(参考文献：Nakato Y，Tsumura Aand Tsubomura H，J.Phys.Chem 87(1983)2402)。之后，Tomoaki Houzouji等小组用改进的溶液法得到了相对较高强度的TiO2的电致发光(参考文献：TomoakiHouzouji，Nobuhiro Saito，Akihiko Kudo，and Tadayoshi Sakata，Chemical PhysicsLetters 254(1996)109)。但是溶液法所制备的器件存在着与其他器件难以兼容，以及封装困难等一系列的问题，所以溶液法逐渐被固态法所替代。R.Knenkamp、Young Kwan Kim和L.Qian等小组用固态法制备了TiO2的电致发光器件(参考文献：R Knenkamp，Robert C Word and M Godinez，Nanotechnology17(2006)1858，Young Kwan Kim，Kwaung Youn Lee，Oh Kwan Kwon，DongMyoung Shin，Byoung Chung Sohn，and Jin Ho Choi，Synthetic Metals111-112(2000)207，L Qian，T Zhang，S Wageh，Z-S Jin，Z-L Du，Y-S Wang and X-RXu，Nanotechnology 17(2006)100)。但是无论用溶液法还是固态法，抑或二氧化钛呈现何种晶型，TiO2的电致发光峰位均在600nm左右，这是由TiO2中的氧空位所引起的，是属于TiO2材料的缺陷发光。但是目前还没有实现硅衬底上的硅基二氧化钛的电致发光。
发明内容
本发明的目的是提出一种二氧化钛的电致发光的器件及其制备方法。
本发明的电致发光的器件是二氧化钛电致发光的器件，由硅衬底、自下而上依次沉积在硅衬底正面的TiO2薄膜和ITO电极以及沉积在硅衬底背面的欧姆接触电极组成。
发明的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
1)将电阻率为0.005-50欧姆.厘米的P型或N型硅衬底清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa，以纯Ti金属为靶材，以Ar作为溅射气氛，在0.8Pa～5Pa压强下，衬底温度为50℃～200℃，进行溅射沉积，得到Ti膜；
2)将沉积有Ti膜的硅衬底加热至400℃～600℃，在O2气氛下热处理5h～10h，Ti氧化生成TiO2薄膜；
3)在TiO2薄膜上溅射透明ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。
上述的欧姆接触电极可以是Al或Au。
本发明可以通过调节衬底温度来改变Ti膜的结晶状态，通过调整溅射时间来改变Ti膜的厚度，通过调节热氧化的温度和时间来改变TiO2薄膜的结晶状态。
本发明的优点在于：器件的结构和实现方式简单，制得的电致发光器件的电致发光峰位在450nm、515nm和600nm，并且该器件的制备方法所用的设备与现行成熟的硅器件平面工艺兼容，易实现大规模、低成本制造的优点。
附图说明
图1是发明的电致发光的器件示意图；
图2是发明的电致发光的器件在不同偏置下获得的电致发光谱。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，发明的电致发光的器件，在硅衬底1的正面自下而上依次有TiO2薄膜2和透明ITO电极3，在硅衬底背面有欧姆接触电极4。
实施例1
采取如下工艺步骤：1)清洗P型<100>，电阻率为0.005欧姆·厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为100nm的Ti膜，在溅射时，采用纯度为99.9％的Ti金属靶、衬底温度50℃、溅射功率70W、通以Ar(流量为30sccm)、工作压强为0.8Pa；2)将沉积有Ti膜的硅片在O2气氛下500℃热处理5h，Ti氧化生成TiO2薄膜；3)在TiO2薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背面沉积100nm厚的Al作为欧姆接触电极，两者的面积均为10×10mm2。
实施例2
采取如下工艺步骤：1)清洗N型<100>，电阻率为0.5欧姆·厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为150nm的Ti薄膜，在溅射时，采用纯度为99.9％的Ti金属靶、衬底100℃、溅射功率80W、通以Ar(流量为45sccm)、工作压强为2Pa；2)将沉积有Ti膜的硅片在O2气氛下400℃热处理8h，Ti氧化生成TiO2薄膜；3)在TiO2薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背面沉积100nm厚的Au作为欧姆接触电极，两者的面积均为10×10mm2。
实施例3
采取如下工艺步骤：1)清洗P型<100>，电阻率为50欧姆·厘米、大小为15×15mm2、厚度为675微米的硅片，清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa；在硅片上利用反应直流溅射的方法沉积厚度约为200nm的Ti膜，在溅射时，采用纯度为99.9％的Ti金属靶、衬底温度200℃、溅射功率100W、通以Ar(流量为45sccm)、工作压强为5Pa；2)将沉积有Ti膜的硅片在O2气氛下600℃热处理10h，Ti氧化生成TiO2薄膜；3)在TiO2薄膜上溅射50nm厚的ITO电极，在硅背面沉积100nm厚的Al作为欧姆接触电极，两者的面积均为10×10mm2。
图2给出了通过上述方法获得的器件在室温下测得的不同驱动电压下的电致发光(EL)谱，此时TiO2薄膜接负，Si衬底接正。从图中可以看出，随着电压的增大，电致发光的强度也随着增大，这是典型的电致发光的特征。此外，电致发光图中的450nm、515nm和600nm三个发光峰均为TiO2的缺陷发光。
Claims (2)
1.一种电致发光器件，其特征在于它是二氧化钛电致发光的器件，由硅衬底(1)、自下而上依次沉积在硅衬底正面的TiO2薄膜(2)和ITO电极(3)以及沉积在硅衬底背面的欧姆接触电极(4)组成。
2.根据权利要求1所述的电致发光器件的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)将电阻率为0.005-50欧姆.厘米的P型或N型硅衬底清洗后放入直流反应磁控溅射装置的反应室中，反应室真空度抽至5×10-3Pa，以纯Ti金属为靶材，以Ar作为溅射气氛，在0.8Pa～5Pa压强下，衬底温度为50℃～200℃，进行溅射沉积，得到Ti膜；
2)将沉积有Ti膜的硅衬底加热至400℃～600℃，在O2气氛下热处理5h～10h，Ti氧化生成TiO2薄膜；
3)在TiO2薄膜上溅射透明ITO电极，在硅衬底背面沉积欧姆接触电极。
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| CN102364708A (zh) * | 2011-11-14 | 2012-02-29 | 浙江大学 | 一种电致发光器件及其制备方法 |
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2007
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