CN102786930B

CN102786930B - 钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜、其制备方法及有机电致发光器件

Info

Publication number: CN102786930B
Application number: CN201110126037.5A
Authority: CN
Inventors: 周明杰; 王平; 陈吉星; 冯小明
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: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: CN102786930A

Abstract

本发明属于发光材料领域，其公开了一种钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜及其制备方法、有机电致发光器件；该钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜包含如下化学组分(质量百分比)：Al₂O₃、1～15％；TiO₂、0.01～1.5％；CeO₂、0.01～1.0％；余量为Si₃N₄。本发明采用磁控溅射设备，制备钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，薄膜制备工艺简单，成本低；该发光薄膜的化学性能稳定，寿命长，且可在发光覆盖的波长范围大，是制备白光器件的优良基础材料。

Description

钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜、其制备方法及有机电致发光器件

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜及其制备方法。本发明还涉及一种使用该钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜的有机电致发光器件。

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。以ZnS:Mn为发光层的单色TFELD已发展成熟并已实现商业化。目前，研究彩色及至全色TFELD，开发多波段发光的材料，是该课题的发展方向。

在发光体系材料中，硅铝氮氧化合物具有良好的热稳定性和化学稳定性，以稀土离子掺杂的硅铝氮氧化合物作为荧光粉已经得到深入的研究，能够得到良好的红绿光的激发。但是，硅铝氮氧化合物体系在制备成薄膜电致发光材料的报道仍十分少见。

发明内容

本发明目的在于提供一种热稳定性和化学稳定性较好的钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜。

本发明的钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，包含如下化学组分(质量百分比)：

Al₂O₃ 1～15％；

TiO₂ 0.01～1.5％；

CeO₂ 0.01～1.0％；

余量为Si₃N₄。

对于上述发光薄膜的化学组分，优选质量百分比为：

Al₂O₃ 8％；

TiO₂ 0.45％；

CeO₂ 0.08％；

Si₃N₄ 91.47％。

上述钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：选用Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃(优选1250℃)下烧结，制得靶材；其中，Al₂O₃占总量的1～15％(质量百分比)，TiO₂占总量的0.01～1.5％(质量百分比)，CeO₂占总量的0.01～1.0％(质量百分比)，余量为Si₃N₄；

步骤S2、将步骤S1中的靶材和衬底装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa，优选5.0×10^-4Pa；

步骤S3、调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为45～95mm，优选60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选600℃；通入氩气作工作气体，气体流量15～35sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4.0Pa，优选2.0Pa；工艺参数调整完毕后，接着进行制膜，得到薄膜样品；

步骤S4、将步骤S3得到的薄膜样品置于真空炉中，于500～800℃(优选700℃)、真空状态下(即0.01Pa)退火处理1～3h(优选2h)，得到所述钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜。

本发明还提供一种有机电致发光器件，该器件为复合层状结构，该复合层状结构依次为衬底、阳极层、发光层以及阴极层；其中，发光层为钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜层；阴极层为Ag层，采用蒸镀工艺制备在薄膜表面。

本发明采用磁控溅射设备，制备钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜(Ti，Ce-SiAlON)，得到薄膜的电致发光光谱(EL)中，在490nm蓝光区和580nm黄光波长区都有很强的发光峰；同时，该薄膜制备工艺简单，成本低，且化学性能稳定，寿命长，可在发光覆盖的波长范围大，是制备白光器件的优良基础材料。

附图说明

图1为本发明钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜的制备工艺流程图；

图2是本发明有机电致发光器件的结构示意图；

图3是实施例3得到钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜样品的电致发光光谱。

具体实施方式

本发明于提供的一种钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，该钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜包含如下化学组分(质量百分比)：

Al₂O₃ 1～15％；

TiO₂ 0.01～1.5％；

CeO₂ 0.01～1.0％；

余量为Si₃N₄。

对于上述发光薄膜的化学组分(质量百分比)，优选：

Al₂O₃ 8％；

TiO₂ 0.45％；

CeO₂ 0.08％；

Si₃N₄ 91.47％。

上述钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，如图1所示，其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：选用Al₂O₃、TiO₂、TiO₂、CeO₂和Si₃N₄粉体，经过均匀混合后，在马弗炉中于900～1300℃(优选1250℃)下进行烧结处理，自然冷却室温，制得靶材样品，并将靶材样品切割成成Φ50×2mm规格的靶材；其中，Al₂O₃占总量的1～15％(质量百分比)，TiO₂占总量的0.01～1.5％(质量百分比)，CeO₂占总量的0.01～1.0％(质量百分比)，余量为Si₃N₄；

步骤S3、调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为45～95mm，优选60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选600℃；通入纯氩气作工作气体，气体流量15～35sccm，优选25sccm，磁控溅射工作压强0.2～4.0Pa，优选2.0Pa；工艺参数调整完毕后，接着进行制膜，得到薄膜样品；

本发明还提供一种有机电致发光器件，如图2所示，该器件为复合层状结构，该复合层状结构依次为衬底1、阳极层2、发光层3以及阴极层4；其中，衬底1为玻璃、阳极层2为ITO层，两者合在一起即为ITO玻璃，可以通过采购获得；发光层3为钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜层；阴极层4为Ag层，Ag层采用蒸镀工艺制备在薄膜表面。

下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例1

1、选用纯度分别为99.99％的Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂粉体(其中，Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂的质量百分比分别为8％、0.45％、0.6％、0.8％、98.4％)，经过均匀混合后，在1250℃的马弗炉中烧结，自然冷却室温，制得靶材样品，并将靶材样品切割成成Φ50×2mm的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，并对其进行氧等离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，靶材和玻璃衬底的基靶间距设定为60mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到5.0×10^-4Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体的流量为25sccm，磁控溅射工作压强为2.0Pa，衬底温度为600℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为600℃，得到钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜。

实施例2

1、选用纯度分别为99.99％的Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂粉体(其中，Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂的质量百分比分别为1％、1.5％、0.6％、0.01％、97.49％)，经过均匀混合后，在900℃的马弗炉中烧结，自然冷却室温，制得靶材样品，并将靶材样品切割成成Φ50×2mm的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗玻璃衬底，并对其进行氧等离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，把靶材和玻璃衬底的基靶间距设定为45mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到1.0×10^-3Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体的流量为15sccm，磁控溅射工作压强为0.2Pa，衬底温度为250℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火1h，退火温度为500℃，得到钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜。

下述实施例3中，衬底为玻璃，阳极层为ITO，起导电作用，两者合在一起，称作ITO玻璃，可以购买获得。

实施例3

1、选用纯度分别为99.99％的Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂粉体(其中，Si₃N₄，Al₂O₃，TiO₂和CeO₂的质量百分比分别为15％、0.01％、1.0％、0.8％、83.99％)，经过均匀混合后，在1300℃的马弗炉中烧结，自然冷却室温，制得靶材样品，并将靶材样品切割成成Φ50×2mm的靶材；

2、将靶材装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；

3、先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃，并对其进行氧等离子处理，完后放入磁控溅射镀膜设备的真空腔体内；其中，把靶材和ITO玻璃的基靶间距设定为95mm；

4、用机械泵和分子泵把磁控溅射镀膜设备的真空腔体的真空度抽到1.0×10^-5Pa；

5、调整磁控溅射镀膜工艺参数：氩气工作气体的流量为35sccm，磁控溅射工作压强为4.0Pa，衬底温度为750℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火3h，退火温度为800℃，得到钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜；

7、采用蒸镀技术，在发光薄膜表面蒸镀Ag层，作为阴极层，制得有机电致发光器件。

图3是实施例3得到钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜样品的电致发光光谱(EL)图。由图3可知，在500nm和580nm黄光波长区都有很强的发光峰，490nm是钛离子相关的激发，580是铈离子相关的发光。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，其特征在于，所述薄膜由以下步骤制备得到：

步骤S1，将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂和Si₃N₄粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制成靶材；其中，Al₂O₃占总量的1～15%（质量百分比），TiO₂占总量的0.01～1.5%（质量百分比），CeO₂占总量的0.01～1.0%（质量百分比），余量为Si₃N₄；

步骤S2，将步骤S1中得到的靶材以及衬底装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体，并将真空腔体的真空度设置在1.0×10^-3Pa～1.0×10^-5Pa之间；

步骤S3，调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为45～95mm，磁控溅射工作压强0.2～4.0Pa，氩气工作气体的流量15～35sccm，衬底温度为250℃～750℃；接着进行制膜，得到薄膜样品；

步骤S4，将步骤S3得到的薄膜样品于500～800℃下真空退火处理1～3h，得到所述钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜。

2.根据权利要求1所述的钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，其特征在于，所述步骤S1：将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂和Si₃N₄粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制成靶材；其中，Al₂O₃占总量的8%（质量百分比），TiO₂占总量的0.45%（质量百分比），CeO₂占总量的0.08%（质量百分比），Si₃N₄占总量的91.47%（质量百分比）。

3.一种钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1：将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂和Si₃N₄粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制成靶材；其中，Al₂O₃占总量的8%（质量百分比），TiO₂占总量的0.45%（质量百分比），CeO₂占总量的0.08%（质量百分比），Si₃N₄占总量的91.47%（质量百分比）。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述靶材制备的烧结温度为1250℃。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，真空腔体的真空度设置在5.0×10^-4Pa。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述基靶间距为60mm；所述磁控溅射工作压强为2.0Pa；所述氩气工作气体的流量为25sccm；所述衬底温度为600℃。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，退火处理过程中，退火温度为600℃、退火时间2h。

9.一种有机电致发光器件，该器件为复合层状结构，该复合层状结构依次为衬底、阳极层、发光层以及阴极层，其特征在于，所述发光层为钛铈共掺杂硅铝氮氧发光薄膜，所述薄膜由以下步骤制备得到：

10.根据权利要求9所述的有机电致发光器件，其特征在于，所述步骤S1：将Al₂O₃、TiO₂、CeO₂和Si₃N₄粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制成靶材；其中，Al₂O₃占总量的8%（质量百分比），TiO₂占总量的0.45%（质量百分比），CeO₂占总量的0.08%（质量百分比），Si₃N₄占总量的91.47%（质量百分比）。