CN103820115A - 铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜、其制备方法和电致发光器件 - Google Patents

Abstract

本发明属于发光薄膜领域，其公开了铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜、其制备方法和电致发光器件；该发光薄膜具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08。本发明提供的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，其电致发光谱(EL)中，在607nm和629nm波长有很强的发光峰。

Description

铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜、其制备方法和电致发光器件

技术领域

本发明涉及发光薄膜领域，尤其涉及一种铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜及其制备方法。本发明还涉及一种电致发光器件发光器件，该器件发光层的材质采用铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜。

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。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LED荧光粉的研究中，稀土掺杂的氧化钇荧光粉，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绿光到蓝光的激发。但是，用氧化钇类发光材料制备成电致发光的薄膜，仍未见报道。本着减少稀土材料的使用量，大量的研究工作把目标转向了过渡金属的替换。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜。

本发明的技术方案如下：

一种铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08；优选，x的取值0.02，y的取值为0.04。

上述镨(Pr)掺杂钨酸盐共掺杂氯硼酸盐发光薄膜的制备方法，包括步骤：

(1)、将清洗干净的氧化铟锡玻璃放置在金属有机化学气相沉积设备(MOCVD)的真空反应腔中，抽真空处理；其中:

氧化铟锡玻璃包括玻璃基底，以及溅镀在玻璃表面、起导电阳极作用的氧化铟锡(简称ITO)，因此，氧化铟锡玻璃又称作ITO玻璃；

优选，ITO玻璃被置入真空腔体前，还需对其进行清洗处理：先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗ITO玻璃，然后，氮气风干；

(2)、700℃下对氧化铟锡玻璃进行热处理10~30分钟，然后降温至250~650℃；

(3)、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为50~1000转/分，随后通入含有Cr源、Mn源和Y源流量的载气Ar气，气流量为5~15sccm；接着通入氧气，气流量为120sccm，开始薄膜的沉积；其中，Cr源、Mn源和Y源的摩尔比为0.01~0.05:0.01~0.08:1.83~1.98；优选，所述Cr源、Mn源和Y源分别为二苯铬、甲基二茂锰和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇；

待上述制膜工艺完成后，在氧化铟锡玻璃的氧化铟锡表面制得所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，该发光薄膜具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08；优选，x的取值0.02，y的取值为0.04。

所述铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，优选，步骤(1)中，所述抽真空处理是采用机械泵和分子泵进行的，且真空腔体的真空度为1.0×10^-3Pa~1.0×10^-5Pa；更有选，所述抽真空处理后，真空腔体的真空度为4.0×10^-4Pa。

所述铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，优选，步骤(2)中，所述降温处理时的温度为500℃。

所述铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，优选，步骤(3)中，所述衬底托的旋转速度为300转/分钟；载气Ar气流量为10sccm；氧气流量为120sccm。

本发明还提供一种电致发光器件，该器件包括氧化铟锡玻璃、层叠在氧化铟锡玻璃的氧化铟锡表面发光薄膜层，以及层叠在发光薄膜层表面的阴极，其特征在于，所述发光薄膜层的材质具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08；优选，x的取值0.02，y的取值为0.04。

本发明提供的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，其电致发光谱(EL)中，在607nm和629nm波长有很强的发光峰。

附图说明

图1为实施例1制得的发光薄膜的EL光谱图；

图2为实施例5制得的电致发光器件的结构示意图。

具体实施方式

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、先后用甲苯、丙酮和乙醇超声各清洗ITO玻璃5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后ITO玻璃后送入金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中；然后用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至4.0×10^-3Pa；

2、接着，把ITO玻璃进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃；

3、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分钟，通入二苯铬(C₆H₆)₂Cr、甲基二茂锰((MCp)₂Mn)和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇(摩尔比分别为0.02：0.04：1.94)流量的载气Ar气，流量为10sccm；随后通入氧气，流量为120sccm，开始薄膜的沉积；

通过调节几种有机源的流量来控制镨在钨酸盐基质中的含量，同时控制薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降至室温，取出样品，即铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，分子式为Y₂O₃:0.02Cr³⁺,0.04Mn⁴⁺。

图1为实施例1制得的发光薄膜的EL光谱图；由图1可知，铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的电致发光谱(EL)中，在607nm和629nm波长有很强的发光峰。

实施例2

1、先后用甲苯、丙酮和乙醇超声各清洗ITO玻璃5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后ITO玻璃后送入金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中；然后用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-3Pa；

2、接着，把ITO玻璃进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃；

3、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分钟，通入二苯铬(C₆H₆)₂Cr、甲基二茂锰((MCp)₂Mn)和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇(摩尔比分别为0.01：0.01：1.98)流量的载气Ar气，流量为10sccm；随后通入氧气，流量为10sccm，开始薄膜的沉积；

通过调节几种有机源的流量来控制镨在钨酸盐基质中的含量，同时控制薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降至室温，取出样品，即铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，分子式为Y₂O₃:0.01Cr³⁺,0.01Mn⁴⁺。

实施例3

1、先后用甲苯、丙酮和乙醇超声各清洗ITO玻璃5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后ITO玻璃后送入金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中；然后用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa；

2、接着，把ITO玻璃进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃；

3、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分钟，通入二苯铬(C₆H₆)₂Cr、甲基二茂锰((MCp)₂Mn)和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇(摩尔比分别为0.04：0.08：1.88)流量的载气Ar气，流量为10sccm；随后通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积；

通过调节几种有机源的流量来控制镨在钨酸盐基质中的含量，同时控制薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降至室温，取出样品，即铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，分子式为Y₂O₃:0.04Cr³⁺,0.08Mn⁴⁺。

实施例4

1、先后用甲苯、丙酮和乙醇超声各清洗ITO玻璃5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后ITO玻璃后送入金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中；然后用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至4.0×10^-3Pa；

2、接着，把ITO玻璃进行700℃热处理20分钟，然后温度降为650℃；

3、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为200转/分钟，通入二苯铬(C₆H₆)₂Cr、甲基二茂锰((MCp)₂Mn)和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇(摩尔比分别为0.03：0.06：1.91)流量的载气Ar气，流量为10sccm；随后通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积；

通过调节几种有机源的流量来控制镨在钨酸盐基质中的含量，同时控制薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降至室温，取出样品，即铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，分子式为Y₂O₃:0.03Cr³⁺,0.06Mn⁴⁺。

实施例5

该实施例为电致发光器件，如图2所示，其包括依次层叠的基底1/导电阳极层2/发光层3/阴极层4；其中，基底为玻璃，导电阳极层的材质为ITO，发光层的材质为分子式为Y₂O₃:0.01Cr³⁺,0.03Mn⁴⁺的发光薄膜；阴极层的材质为Ag。

该电致发光器件的制备工艺如下：

1、先后用甲苯、丙酮和乙醇超声各清洗ITO玻璃5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后ITO玻璃后送入金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中；然后用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至7.0×10^-3Pa；

2、接着，把ITO玻璃进行700℃热处理25分钟，然后温度降为650℃；

3、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为800转/分钟，通入二苯铬(C₆H₆)₂Cr、甲基二茂锰((MCp)₂Mn)和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇(摩尔比分别为0.01：0.03：1.94)流量的载气Ar气，流量为10sccm；随后通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积；

通过调节几种有机源的流量来控制镨在钨酸盐基质中的含量，同时控制薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降至室温，取出样品，即铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，分子式为Y₂O₃:0.01Cr³⁺,0.03Mn⁴⁺。

4、然后又在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极；

待工艺步骤完成后，制得电致发光器件。

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 (10)

1.一种铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，其特征在于，具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08。

2.根据权利要求1所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，其特征在于，x的取值0.0,2，y的取值0.04。

3.一种铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(1)、将清洗干净的氧化铟锡玻璃放置在金属有机化学气相沉积设备的真空反应腔中，抽真空处理；

(2)、700℃下对氧化铟锡玻璃进行热处理10~30分钟，然后降温至250~650℃；

(3)、打开化学气相沉积设备的旋转电机，调节衬底托的转速为50~1000转/分钟，随后通入含有Cr源、Mn源和Y源流量的载气Ar气，气流量为5~15sccm；接着通入氧气，气流量为120sccm，开始薄膜的沉积；其中，Cr源、Mn源和Y源的摩尔比为0.01~0.05:0.01~0.08:1.83~1.98；

待上述制膜工艺完成后，在氧化铟锡玻璃的氧化铟锡表面制得所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜，该发光薄膜具有分子通式：Y₂O₃：xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08。

4.根据权利要求3所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述抽真空处理是采用机械泵和分子泵进行的，且真空腔体的真空度为1.0×10^-3Pa~1.0×10^-5Pa。

5.根据权利要求4所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述抽真空处理后，真空腔体的真空度为4.0×10^-4Pa。

6.根据权利要求3所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述降温处理时的温度为500℃。

7.根据权利要求3所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述衬底托的旋转速度为300转/分钟；载气Ar气流量为10sccm；氧气流量为120sccm；所述Cr源、Mn源和Y源分别为二苯铬、甲基二茂锰和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇。

8.根据权利要求3所述的铬锰共掺杂氧化钇发光薄膜的制备方法，其特征在于，x的取值0.02，y的取值0.04。

9.一种电致发光器件，该器件包括氧化铟锡玻璃、层叠在氧化铟锡玻璃的氧化铟锡表面发光薄膜层，以及层叠在发光薄膜层表面的阴极，其特征在于，所述发光薄膜层的材质具有分子通式：Y₂O₃:xCr³⁺,yMn⁴⁺；其中，Y₂O₃是基质，Cr³⁺和Mn⁴⁺是激活离子，在薄膜中充当发光中心；x的取值0.01~0.05，y的取值为0.01~0.08。

10.根据权利要求9所述的电致发光器件，其特征在于，x的取值0.02，y的取值0.04。

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