CN102838985B - 钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜、其制备方法及有机电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光材料领域，其公开了一种钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜及其制备方法、有机电致发光器件；该发光薄膜的化学通式为SrAl₂S₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti为掺杂元素；x的取值范围为0.002～0.132。本发明采用磁控溅射设备，制备钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，在530nm波长区都有很强的发光峰，是电致发光器件的发展材料。

Description

钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜、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，尤其涉及一种钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜及其制备方法。本发明还涉及一种使用该钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜作为发光层的有机电致发光器件。

背景技术

与传统的发光粉制作的显示屏相比，发光薄膜在对比度、分辨率、热传导、均匀性、与基底的附着性、释气速率等方面都显示出较强的优越性。因此，作为功能材料，发光薄膜在诸如阴极射线管(CRTs)、电致发光显示(ELDs)及场发射显示(FEDs)等平板显示领域中有着广阔的应用前景。

在LED荧光粉的研究中，稀土掺杂的硫化物基质的荧光粉，其激发光谱能够较好地匹配现有的近紫外LED的发射光谱能够得到良好的红光到蓝光的激发。但是，钛掺杂硫代铝酸盐作为发光材料制备成电致发光器件的薄膜，仍未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种以SrAl₂S₄为基质、Ti为主要发光中心的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜。

本发明的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，其化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素；x的取值范围为0.002～0.132；优选x的取值为0.044。

本发明的另一发明目的在于提供上述钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：根据化学通式SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴各元素化学计量比，选用SrS、Al₂S₃和TiS₂粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃(优选1100℃下、惰性气体氛围中烧结，得到靶材；其中，x的取值范围为0.002～0.132；优选，x的取值为0.044；

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，优选真空度为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45～90mm，优选60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选500℃；氩气工作气体的气体流量10～35sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4Pa，优选2.0Pa；工艺参数调整完后，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600℃)、真空状态下(即0.01Pa)退火处理1～3h(优选2h)，得到化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素。

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，发光层为钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜(该薄膜的化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素；x的取值范围为0.002～0.132；优选，x的取值为0.044)，衬底为玻璃，阳极层为ITO，阴极层为Ag层，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，制备钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，得到薄膜的电致发光光谱(EL)中，在530nm波长区都有很强的发光峰，是电致发光器件的发展材料。

附图说明

图1为本发明钛掺杂硫代铝酸锶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4得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜样品的电致发光光谱。

具体实施方式

本发明提供的一种钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，其化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素，也是激活元素，在薄膜中充当主要发光中心；x的取值范围为0.002～0.132；优选x的取值为0.044。

本发明提供的上述钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜制备方法，如图1所示，其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：根据化学通式SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴各元素化学计量比，选用SrS、Al₂S₃和TiS₂粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃(优选1100℃)下、惰性气体氛围(如，氩气、氮气)中烧结，自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为2mm的靶材；其中，x的取值范围为0.002～0.132；优选x的取值为0.044；

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45～90mm，优选60mm；衬底温度为250℃～750℃，优选500℃；氩气工作气体的气体流量10～35sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4Pa，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600℃)、真空状态下(即0.01Pa)退火处理1～3h(优选2h)，得到化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴的所述钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素。

上述制备法步骤S1中，根据化学通式SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴各元素化学计量比，实际称量SrS、Al₂S₃和TiS₂粉体时，按质量百分比：SrS占总量的30～45wt％，优选38wt％；TiS₂占总量的0.1～6wt％，优选2wt％；Al₂S₃占总量的55～65wt％，优选60wt％。

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，阳极层为ITO层，即ITO玻璃，可以购买获得；发光层3为钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜层(该薄膜的化学通式为SrAl₂S₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素；x的取值范围为0.002～0.132；优选x的取值为0.044)；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SrS，TiS₂和Al₂S₃粉体(其中，SrS的质量为76g，TiS₂的质量为4g，Al₂S₃的质量为120g)，经过均匀混合后，在1100℃下、氩气保护下烧结，自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为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，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：氩气工作气体流量为25sccm；磁控溅射工作压强为2.0Pa；衬底温度为500℃；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℃，得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，即SrAl_1.956S₄:0.044Ti⁺⁴。

实施例2

1、、选用纯度分别为99.99％的SrS，TiS₂和Al₂S₃粉体(其中，SrS的质量为60g，TiS₂的质量为0.2g，Al₂S₃的质量为139.8g)，经过均匀混合后，在900℃下、氩气保护下烧结，自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为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，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：氩气工作气体流量为10sccm；磁控溅射工作压强为4Pa；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℃，得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，即SrAl_1.998S₄:0.002Ti⁺⁴。

实施例3

1、选用纯度分别为99.99％的SrS，TiS₂和Al₂S₃粉体(其中，SrS的质量为74g，TiS₂的质量为12g，Al₂S₃的质量为114g)，经过均匀混合后，在1300℃下、氮气保护下烧结，自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为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带玻璃衬底，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，靶材和玻璃的基靶间距设定为90mm；

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：氩气工作气体流量为35sccm；磁控溅射工作压强为0.2Pa；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℃，得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，即SrAl_1.868S₄:0.132Ti⁺⁴。

下述实施例4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4

1、选用纯度分别为99.99％的SrS，TiS₂和Al₂S₃粉体(其中，SrS的质量为81.4g，TiS₂的质量为8.6g，Al₂S₃的质量为110g)，经过均匀混合后，在1100℃下、氩气保护下烧结，自然冷却，得到靶材样品，将靶材样品切割成直径为50mm、厚度为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带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，靶材和ITO玻璃的基靶间距设定为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：氩气工作气体流量为25sccm；磁控溅射工作压强为2.0Pa；衬底温度为500℃；接着进行制膜，得到的薄膜样品，即SrAl_1.9S₄:0.1Ti⁺⁴；

6、将薄膜样品在0.01Pa真空炉中退火2h，退火温度为700℃，得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜；

7、采用蒸镀技术，在(6)中的发光薄膜表面蒸镀Ag层，作为阴极层，制得有机电致发光器件。

图3是实施例4得到钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜样品的电致发光光谱(EL)图。由图3可知，得到薄膜的电致发光光谱(EL)中，在530nm波长区都有很强的发光峰，是电致发光器件的发展材料。

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 (8)

1.一种钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，其特征在于，该发光薄膜的化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素；x的取值范围为0.002～0.132。

2.根据权利要求1所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜，其特征在于，x的取值为0.044。

3.一种钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据化学通式SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴各元素化学计量比，称取SrS、Al₂S₃和TiS₂粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃下、惰性气体氛围中烧结，制成靶材；其中，x的取值范围为0.002～0.132；

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45～90mm，磁控溅射工作压强0.2～4Pa，氩气工作气体的流量10～35sccm，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，得到化学通式为SrAl_2-xS₄:xTi⁺⁴的所述钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜；其中，SrAl₂S₄为基质，Ti⁺⁴为掺杂元素。

4.根据权利要求3所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，x的取值为0.044。

5.根据权利要求3或4所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述靶材制备的烧结温度为1100℃。

6.根据权利要求3所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，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所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，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500℃。

8.根据权利要求3所述的钛掺杂硫代铝酸锶发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述退火处理过程中的退火温度为600℃，退火时间为2h。