CN102757785B

CN102757785B - 一种发光膜、其制备方法和应用

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Publication number: CN102757785B
Application number: CN201110105170.2A
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 王平; 陈吉星; 钟铁涛
Original assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Current assignee: Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Science and Technology Co Ltd; Shenzhen Oceans King Lighting Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: CN102757785A

Abstract

本发明适用于半导体材料技术领域，提供了一种发光膜、其制备方法和应用。该发光膜，包括氧化锌膜，该氧化锌膜中掺杂有二价氧化铕和氧化锂，该二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5％，该氧化锂的质量百分含量为0.1-3％。本发明发光膜，通过在氧化锌中掺杂二价氧化铕和氧化锂，以氧化锌为发光基材，以二价氧化铕为发光中心，同时，氧化锂在发光过程中产生大量空穴，使发光薄膜的发光效率有显著提升。本发明制备方法，操作简单、成本低廉，适于工业化生产。

Description

一种发光膜、其制备方法和应用

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，尤其涉及一种发光膜、其制备方法和应用。

背景技术

薄膜电致发光显示器(TFELD)由于其主动发光、全固体化、耐冲击、反应快、视角大、适用温度宽、工序简单等优点，已引起了广泛的关注，且发展迅速。ZnO在室温下的禁带宽度为3.36eV，激子结合能高达60meV，因此具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件，ZnO有很高的导电和导热性能，化学性质非常稳定，材料来源又十分丰富，用它来制备短波长发光薄膜必然具有高的工作稳定性和较低的价格，有极大的应用价值。但是，现有方法制备的发光薄膜发光效率较低，不能适应商业需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种发光膜，解决现有技术中发光膜发光效率低的技术问题。以及一种发光膜制备方法和应用。

本发明实施例是这样实现的，

一种发光膜，包括氧化锌膜，该氧化锌膜中掺杂有二价氧化铕和氧化锂，该二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5％，该氧化锂的质量百分含量为0.1-3％。

以及，

一种发光膜制备方法，包括如下步骤：

将氧化锌、二价氧化铕及氧化锂混合，得到混合物，该混合物中二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5％，氧化锂的质量百分含量为0.1-3％，将该混合物烧结后得到溅射靶材；

在基靶间距为50-90毫米、衬底温度为300-600℃、工作气体为氢气与惰性气体的混合气体，气体流量为15-30sccm、压强为0.2-4.5Pa条件下将该溅射靶材进行溅射处理，得到发光膜前体；

将该发光膜前体在温度为500-800℃的真空环境中进行退火处理1-3小时，得到发光膜。

本发明实施例进一步提供上述发光膜在阴极射线管、场致发光显示器件、电致发光显示器件中的应用。

本发明实施例发光膜，通过在氧化锌中掺杂二价氧化铕和氧化锂，以氧化锌为发光基材，以二价氧化铕为发光中心，同时，氧化锂在发光过程中产生大量空穴，使发光薄膜的发光效率有显著提升。本发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉，适于工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例发光膜的激发光谱图；

图2是本发明实施例发光膜发光强度变化图；

图3是本发明实施例发光膜发光峰位变化图；

图4是本发明实施例和对比例发光膜激发光谱对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种发光膜，包括氧化锌膜，该氧化锌膜中掺杂有二价氧化铕和氧化锂，该二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5％，该氧化锂的质量百分含量为0.1-3％。

具体地，该发光膜包括相混掺杂、均匀混合的氧化锌、二价氧化铕及氧化锂；该氧化锌作为发光膜的基材，二价氧化铕和氧化锂掺杂在氧化锌之中；从结构上看，该氧化锌构成氧化锌膜，二价氧化铕和氧化锂掺杂在该氧化锌膜之中，形成本发明实施例的发光膜。

本发明实施例发光膜，以氧化锌为发光基质，Eu(二价氧化铕)为发光中心，在激发条件下发光；通过掺杂锂，在发光过程中，锂在发光膜中产生大量的空穴，该空穴在发光膜中和电子复合，形成激子发光，实现了发光效率的显著提升。

具体地，该发光膜中，二价氧化铕的质量百分含量(二价氧化铕的质量与氧化锌、二价氧化铕及氧化锂质量之和的比)为0.5-5％，优选为1.5-2.5％，例如2.5％；

该发光膜中，氧化锂的质量百分含量(氧化锂的质量与氧化锌、二价氧化铕及氧化锂质量之和的比)为0.1-3％，优选0.5-1％，例如1％；

该发光膜中，氧化锌的质量百分含量(氧化锌的质量与氧化锌、二价氧化铕及氧化锂质量之和的比)为92-99.4％；

该发光膜的厚度为30-300纳米。

本发明实施例发光膜，通过在氧化锌中掺杂二价氧化铕、氧化锂，实现了发光膜发光效率的显著提升；请参阅图1，图1显示本发明一种实施方式的发光膜在激发波长为325纳米情况下PL光谱图，从该图1中可以看出，该发光膜经过激发而发光，在波长大约610纳米处有最大强度的发光；

通过在发光膜中掺杂氧化锂，对发光膜的发光强度具有显著的提升作用，请参阅图2，图2显示本发明实施例发光膜在不同氧化锂掺杂量(即前述的质量百分含量)情况下发光强度变化图，图2中激发波长为325纳米，从图2中可以看出，氧化锂掺杂量在0-1％的范围内，发光膜的发光强度呈现逐渐增强特点，掺杂量在1％以后对发光膜发光强度促进作用不大；

二价氧化铕在发光膜中起发光中心作用，发光膜的发光光色随着二价氧化铕掺杂量的变化而变化，请参阅图3，图3显示本发明实施例发光膜的发光峰位变化图，从图3中可以看出，发光膜的发光光色随着二价氧化铕掺杂量的增加(大约为1.1-3.1％)，发光峰位的波长逐渐增大，发光膜的发光光色也随着发光峰位的变化而变化；

本发明实施例进一步提供上述发光膜制备方法，包括如下步骤：

步骤S01，制备溅射靶材：

将氧化锌、二价氧化铕及氧化锂混合，得到混合物，该混合物中二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5％，氧化锂的质量百分含量为0.1-3％，将该混合物烧结、形成溅射靶材；

步骤S02，溅射处理：

步骤S03，退火：

具体地，步骤S01中，该二价氧化铕(EuO)为纯度99.99％以上的二价氧化铕，该氧化锂(Li₂O)为纯度99.99％以上的氧化锂，该氧化锌为纯度99.99％以上的氧化锌，其他没有限制。该氧化锌、二价氧化铕及氧化锂为粉体状。该氧化锌、二价氧化铕及氧化锂和前述相同，在此不重复阐述；本步骤中，将混合物烧结、形成溅射靶材的步骤中烧结温度为900-1300℃，优选1200℃，烧结的气氛为空气气氛或惰性气氛，该惰性气氛没有限制，例如氮气气氛、氦气气氛或氖气气氛等，烧结的时间没有限制；本步骤所制备的溅射靶材为Φ50×2mm的溅射靶材；

步骤S02中，使用的衬底(基底)为蓝宝石、石英玻璃或硅片等石质硬衬底。本步骤中使用的溅射设备没有限制，是要能够实现磁控溅射即可；

步骤S02具体为：

将靶材和衬底放置于磁控溅射设备的腔体，用机械泵和分子泵将溅射设备腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，优选5.0×10^-4pa；

调整基靶间距(衬底和溅射靶材之间的距离)为50-90毫米，优选70毫米；调整衬底温度为300-600℃，优选450℃；通入氢气与惰性气体的混合气体为工作气体，气体流量为15-30sccm，优选25sccm；压强为0.2-4.5Pa，优选2.0Pa，在上述条件下将该溅射靶材进行溅射处理；

该溅射处理步骤中工作气氛为氢气和惰性气体的混合气体，该惰性气体和前述相同，在此不重复阐述，该混合气体中，氢气的体积百分含量为1-15％，优选10％；通过使用氢气作为工作气体中的一部分，在溅射处理中氢原子能够进入至发光膜前体中(也即氧化锌晶格中)，在发光过程中能够增强对发光中心(二价氧化铕)的激活作用，使发光效率增强；

步骤S03中，退火处理的温度为500-800℃，优选600℃，退火处理时间1-3小时，优选2小时，退火处理中真空度为0.01Pa以上，通过退火处理，能够增强发光膜的结晶质量，稳定发光中心，对发光效率起到增强作用。

本发明实施例制备方法，操作简单、成本低廉，适于工业化生产。

以下结合具体实施例对上述发光膜制备方法进行详细阐述。

实施例一

将纯度为99.99％的氧化锌、二价氧化铕及氧化锂粉体混合，得到混合物；其中ZnO的质量百分含量为98.5％，EuO的质量百分含量为0.5％，Li₂O的质量百分含量为1％；

将该混合物在1200℃下烧结成Φ50×2mm的溅射靶材；

将该溅射靶材装入溅射设备的真空腔体内，然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗石英衬底，并用高纯氮气吹干，放入真空腔体，将靶材和衬底的距离设定为60mm，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到6.0×10^-4pa，通入气体流量为25sccm的氩氢混合气为工作气体，其中氢气含量10％，将压强调节为2.0Pa，衬底温度调节为为450℃，进行溅射处理，得到发光膜前体；

将该发光膜前体在0.01Pa真空炉中退火1h，退火温度为650℃，得到发光膜。经测试，PL谱中测得薄膜的主发光峰位为610nm。

实施例二

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为1％，氧化锂的质量百分含量为0.1％，氧化锌的质量百分含量98.9％，氢气的含量为1％，溅射时衬底温度为400℃，退火处理温度为700℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为607nm。

实施例三

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为1.5％，氧化锂的质量百分含量为0.5％，氧化锌的质量百分含量98％，氢气的含量为5％，溅射时衬底温度为300℃，退火处理温度为500℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为613nm。

实施例四

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为2％，氧化锂的质量百分含量为1.5％，氧化锌的质量百分含量96.5％，氢气的含量为8％，溅射时衬底温度为350℃，退火处理温度为550℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为617nm。

实施例五

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为2.5％，氧化锂的质量百分含量为1.5％，氧化锌的质量百分含量96％，氢气的含量为12％，溅射时衬底温度为500℃，退火处理温度为750℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为615nm。

实施例六

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为4％，氧化锂的质量百分含量为2.5％，氧化锌的质量百分含量93.5％，氢气的含量为15％，溅射时衬底温度为400℃，退火处理温度为650℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为608nm。

实施例七

本实施例发光膜制备方法参照实施例一，其中，EuO的质量百分含量为5％，氧化锂的质量百分含量为3％，氧化锌的质量百分含量92％，氢气的含量为15％，溅射时衬底温度为600℃，退火处理温度为800℃；PL谱中测得发光膜的主发光峰位为619nm。

请参阅图4，图4显示本发明实施例一的发光膜的激发光谱和对比例发光膜激发光谱对比图，从图4中可以看出，掺杂氧化锂的发光膜比没有掺杂氧化锂的发光膜的发光强度明显增强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发光膜，包括氧化锌膜，所述氧化锌膜中掺杂有二价氧化铕和氧化锂，所述二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5%，所述氧化锂的质量百分含量为0.1-2.5%。

2.如权利要求1所述的发光膜，其特征在于，所述二价氧化铕的质量百分含量为1.5-2.5%。

3.如权利要求1所述的发光膜，其特征在于，所述氧化锂的质量百分含量为0.5-1%。

4.如权利要求1所述的发光膜，其特征在于，所述发光膜的厚度为30-300纳米。

5.一种发光膜制备方法，包括如下步骤：

将氧化锌、二价氧化铕及氧化锂混合，得到混合物，所述混合物中二价氧化铕的质量百分含量为0.5-5%，氧化锂的质量百分含量为0.1-2.5%，将所述混合物烧结后得到溅射靶材；

在基靶间距为50-90毫米、衬底温度为300-600℃、工作气体为氢气与惰性气体的混合气体，气体流量为15-30sccm、压强为0.2-2.0Pa条件下将所述溅射靶材进行溅射处理，得到发光膜前体；

将所述发光膜前体在温度为500-800℃的真空环境中进行退火处理1-3小时，得到发光膜。

6.如权利要求5所述的发光膜制备方法，其特征在于，所述二价氧化铕的质量百分含量为1.5-2.5%；所述氧化锂的质量百分含量为0.5-1%。

7.如权利要求5所述的发光膜制备方法，其特征在于，所述烧结、形成溅射靶材步骤中烧结温度为900-1300℃。

8.如权利要求5所述的发光膜制备方法，其特征在于，所述混合气体中氢气的体积含量为1-15%。

9.如权利要求5所述的发光膜制备方法，其特征在于，所述退火处理步骤中真空度为0.01Pa以上。

10.如权利要求1-4任一项所述的发光膜在阴极射线管、场致发光显示器件、电致发光显示器件中的应用。