CN104124317B - 一种掺钕的无机电致红外发光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种掺钕的无机电致红外发光器件，包括：衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层和透明电极层、沉积在衬底背面的欧姆接触电极，所述的衬底为P型硅衬底，发光层为掺钕的氧化物薄膜，所述的氧化物是具有八面体结构的XO2型氧化物。本发明还提供了上述发光器件的制备方法。该发光器件在低的直流偏压下会发出红外光，为钕离子的约920、1090和1370 nm的特征发光峰；发光强度随着注入电流的增大而增加。本发明提供一种结构简单、成本低廉、制造方便、不易老化的无机电致红外发光器件，可与微电子器件结合形成硅基光电器件，在激光器、照明、光纤通讯以及光电检测等领域具有良好的应用前景。

Description

一种掺钕的无机电致红外发光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种掺钕的无机电致红外发光器件及其制备方法。
背景技术
由于三价钕离子的特殊的内能级结构，复合能级与基态能级分离，量子数反转可以在低的阈值槛限下实现，这使得来自三价钕离子的约900和1100 nm的特征发光的激发截面较大，容易实现光增益和激光发射；此外，来自三价钕离子的约1350 nm的发光位于光纤通讯中的损耗极小值，可作为光纤通讯的信号光源。因此，由掺钕的材料制得的发光器件在发光二极管、激光器、光纤通讯等光电领域有着广泛的应用前景和需求。
硅是电子工业中最重要和最常见的半导体衬底，如能将发光器件与硅结合起来实现硅基光电集成，将极大地推动半导体工业的技术进步和应用发展。由掺钕的稀土氧化物材料制得的红外激光器件已经实现应用，但由于整体器件采用全稀土体系，材料成本很高，并且难以与其他光电元件实现硅基芯片集成。而掺钕的有机材料制得的器件，同样不易与硅衬底结合，并且有机材料存在无法避免的老化的问题，器件寿命短，容易失效。目前基于硅衬底的掺钕的发光器件的研究进展大多集中在掺钕的Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光器件上（M.Taniguchi, H. Nakagome and K. Takahei, Applied Physics Letters 58, 2930(1991)；K. Takahei and H. Nakagome, Journal of Applied Physics 72, 3674(1992)），但Ⅲ-Ⅴ族半导体不可或缺的Ga面临资源稀缺的限制，并且生长Ⅲ-Ⅴ族半导体对设备要求很高，难以实现廉价的大规模生产。掺钕的氧化硅及氮化硅体系也已有部分报道，但在以上材料中，现有研究局限于光致发光（photoluminescence，PL），未能实现制得电致发光（electroluminescence，EL）器件（O. Debieu, D. Breard, A. Podhorodecki, G.Zatryb, J. Misiewicz, C. Labbe, J. Cardin and F. Gourbilleau, Journal ofApplied Physics 108, 113114 (2010)；C. T. M. Ribeiro, M. S. Li and A. R.Zanatta, Journal of Applied Physics 96, 1068 (2004)），这意味着此种器件仍需其他光源来驱动掺钕的氧化硅或氮化硅材料，进而转化能量发出钕离子的特征发光。光致发光与电致发光的最大区别是，光致发光需要其他适当的光源的照射来激发材料发出钕离子的特征发光峰，而电致发光只需直接输入电流即可激发材料本身发射钕离子的特征红外光，因而电致发光器件具有整体结构简单、成本低、使用方便、易实现小型化等优越性，更符合实用需要。目前，制备掺钕的无机电致发光器件仍然面临巨大挑战，尚未有廉价而实用的掺钕的无机电致发光器件见诸报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺钕的无机电致红外发光器件及其制备方法，该发光器件结构简单，制造方便，可与其他硅基光电器件集成，并且全部为无机材料组成，不存在有机材料无法避免的老化问题；在较低的直流偏压下，该发光器件在红外光区出现了显著的约920、1090、1370 nm的发光峰，为三价钕离子的特征发光尖峰，利用该发光器件发光时，发光效率高，能耗小。
本发明采用以下的技术方案：
一种掺钕的无机电致红外发光器件，包括：
衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极，所述的发光层为掺钕的氧化物薄膜，所述的衬底为P型硅衬底。
所述的掺钕（Nd）的氧化物薄膜其作用是使无机电致红外发光器件发出三价钕离子的特征发光尖峰（波长为920、1090、1370 nm）。作为优选，所述的氧化物是具有八面体结构的XO2型氧化物。在常见的宽禁带氧化物半导体材料中，具有八面体结构的XO2型氧化物，由于容易在晶格结构中形成氧空位，自有（本征）缺陷浓度较高，是天然的N型材料，载流子的注入和传输较易实现，且价格低廉，物理化学性质稳定，不存在有机材料中常见的老化问题，也能在硅衬底上生长高质量的薄膜层，是一种合适的掺杂稀土的基体材料。同族的稀土离子的物化性质也存在一定的差异，在不同的基体中由于处于不同的晶体结构中，并不能确保得到活化并发光。将钕离子掺入到八面体结构的XO2型氧化物中，由于基体氧化物具有宏观的八面体对称性，同时又因本身的固有的微缺陷使得对称性有一定的降低，这种配位环境打破了钕离子的跃迁禁阻，使钕离子的内轨道电子能够发生能级间的跃迁，发射出相应的特征波长的红外光。
实际工艺中，是否能将钕离子有效地掺入XO2型氧化物中并通过电注入激发钕离子的发光，仍然面临挑战。只有通过选择和改善工艺条件，保证钕离子有效的掺入到XO2型氧化物的八面体结构的中心，同时保证掺入钕之后氧化物基体的物理化学性质不发生很大改变，薄膜的电学性质不发生改变，并产生足够的本征缺陷，才能激发出钕离子的电致红外发光。如果能实现掺钕的XO2型氧化物的电致红外发光，将提供一种廉价而高效的硅基光电器件，在照明、光纤信息转换及传输、通讯和光电检测领域有广泛的应用前景。
更优选的，所述的氧化物可选自SnO2、TiO2、ZrO2、HfO2中的任意一种，所述的发光层可选自掺钕的SnO2薄膜、掺钕的TiO2薄膜、掺钕的ZrO2薄膜、掺钕的HfO2薄膜中的任意一种。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜中钕的掺入量为原子比1～5％，在此掺杂量下，既能保证足够多的稀土掺入并有效发光，又能节约原材料，且避免过量掺杂对材料性能造成破坏。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜的厚度为100～200 nm，制备此厚度的薄膜，既能形成较为平整且有效发光的活性层，又能节省工序和原材料。
为提高发光器件的发光效果，所述的透明电极层需要在发光的区域有足够的透过率。作为优选，所述的透明电极层为在红外光区具有大于40％的透过率的导电薄膜；更优选地，所述的透明电极层为在红外光区具有大于60％的透过率的导电薄膜。实际采用的透明导电薄膜的透过率取决于所选用的材料以及薄膜的厚度。所述的透明导电薄膜材料可以选用掺锡氧化铟（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、掺铟氧化锌（IZO）等，作为优选，采用ITO薄膜，稳定性好并且透过率高。透明电极层可以通过蒸镀或溅射等真空成膜法形成。设置的厚度可根据实际需要调整，不能过薄，电极层过薄时电阻较高，并且电极表面易损坏，电极层也不宜过厚，电极层过厚会部分遮挡发射的红外光，影响发光器件的发光效率，作为优选，所述的透明电极层薄膜的厚度为100～200 nm。
为了保证电流的有效注入和激发发光层，所述的欧姆接触电极要与衬底形成良好的电学接触，可以选用不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。所述的欧姆接触电极可以是上述任意一种金属或任意多种金属的薄膜。更优选地，所述的欧姆接触电极为金（Au）膜，选用Au膜作为欧姆接触电极稳定性较好，不易被氧化和腐蚀。欧姆接触电极可以通过蒸镀或溅射等真空成膜法形成。设置的厚度可根据实际需要调整，不能过薄，电极层过薄时电极表面易损坏，电极层也不宜过厚，电极层过厚大大增加发光器件的制备成本，作为优选，所述的欧姆接触电极层薄膜的厚度为100～200nm。
为了保证器件正常工作并尽量降低工作电压，衬底要选用具有高的空穴注入能力的材料。保证衬底与掺钕的氧化物薄膜形成良好的接触，并与发光层形成P-N结型器件，使得电子和空穴都容易注入到器件结构中，在低的正向偏压下有效提供载流子激发活性层发光。作为优选，所述的P型硅衬底的厚度为300～2000μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm，进一步的优选，P型硅衬底为厚度675 μm，电阻率约为0.003 Ω•cm。选择硅衬底成本较低，可以与其他硅基的光电器件集成。
本发明的无机电致红外发光器件还可以包括封装层和/或缓冲层。
所述的封装层包括各种有机或无机薄膜，能有效防止由于水分和氧气对器件的腐蚀和影响，造成器件的性能劣化和提前失效，可选的封装层材料包括玻璃、环氧树脂、电子铝箔或铜箔、紫外线或热固性树脂、有机玻璃、高分子聚合物等。
所述的缓冲层包括各种提高电子和∕或空穴注入效率的有机或无机薄膜，能有效降低器件的工作电压，提高效率和发光强度，可选的缓冲层材料包括Alq3（三喹诺啉铝络合物）、Liq（单喹诺啉锂络合物）、金属酞菁、石墨烯薄膜等。
本发明还提供一种光电器件，所述的光电器件选自发光二极管、激光二极管、光电检测设备、显示屏幕、光纤信号信息传输设备、照明、指示灯具。本发明的无机电致红外发光器件在上述光电器件中作为光源或光敏信号检测元件，可以提供钕离子的特征波长（920、1090、1370 nm）的发光，用于通讯信号传输或特殊波段的照明，以及将其他波段的光信号转化为钕离子的特征发光信号用于记录和检测等。
本发明还提供一种掺钕的无机红外电致发光器件的制备方法，包括如下步骤：
（1）在衬底上沉积掺钕的氧化物初始膜；
（2）将制备得到掺钕的氧化物初始膜在氧气氛围中，450～650℃条件下热处理1～5小时，得到掺钕的氧化物薄膜；
（3）在掺钕的氧化物薄膜上沉积透明电极层；
（4）在衬底的背面沉积欧姆接触电极，制得无机电致红外发光器件。
所述的步骤（1）中，沉积掺钕的氧化物初始膜的方法可以是选自磁控溅射、热蒸发、激光脉冲沉积、金属-有机化学沉积、等离子体增强化学沉积、电子束沉积等。作为优选，采用磁控溅射；作为最优选，沉积过程采用氧化物陶瓷靶和金属钕靶共同溅射。在制备过程中，钕的掺入量通过调整施加在金属钕靶上的功率控制，掺钕的氧化物膜的整体厚度通过调整施加在氧化物陶瓷靶上功率和制备时间控制。其中，氧化物陶瓷靶上施加的功率为100～140W，金属钕靶上施加的功率为10～40W。
所述的步骤（2）中，热处理过程需要在氧气气氛下和合适的温度范围内进行。在空气或氮气氛围下热处理的样品氧化程度较差，最终制得的器件容易击穿，无法正常工作。作为优选，选用浓度大于50%的氧气；作为最优选，选用高纯氧气，纯度大于99.9％。热处理温度小于450℃热处理得到的膜层结晶性差，制成的电致发光器件无法激发出钕离子的特征红外光，而由大于650℃热处理得到的膜层制成的器件的电阻过高，以致无法在低压下有效的注入电流激发器件发光。
作为优选，所述的氧化物是具有八面体结构的XO2型氧化物；更优选的，所述的氧化物可选自SnO2、TiO2、ZrO2、HfO2中的任意一种，所述的掺钕的氧化物薄膜可选自掺钕的SnO2薄膜、掺钕的TiO2薄膜、掺钕的ZrO2薄膜、掺钕的HfO2薄膜中的任意一种。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜中钕的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的透明电极层为在红外光区具有大于40％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用掺锡氧化铟（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、掺铟氧化锌（IZO）。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述P型硅衬底的厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的透明电极层的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的欧姆接触电极层的厚度为100～200 nm。
与现有技术相比，本发明的无机电致红外发光器件结构简单，材料成本低，制造方便；由于不采用任何有机材料，不存在材料老化的问题。该发光器件在较低的直流偏压（即正面透明导电膜接负电压，而硅片背面欧姆电极接正电压）下会在红外光区域发光，发光波长为钕离子的约920、1090、1370 nm的特征发光尖峰；且发光强度随着注入电流的增大而增强，可根据实际需要调整注入适当的电流，以得到适当的发光强度。
附图说明
图1为本发明掺钕的无机电致红外发光器件的结构示意图；
图2为实施例1的掺钕的无机电致红外发光器件在不同电压和电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图3为实施例2的掺钕的无机电致红外发光器件在10mA电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图4为实施例3的掺钕的无机电致红外发光器件在10mA电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图5为实施例4的掺钕的无机电致红外发光器件在10mA电流下的红外光区的电致发光光谱图；
图6为实施例5的掺钕的无机电致红外发光器件在10mA电流下的红外光区的电致发光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明。
如图1所示，本发明的无机电致红外发光器件，包括衬底、由下而上依次沉积在衬底正面的发光层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极，所述的发光层为掺钕的氧化物薄膜，所述的衬底为P型硅衬底。
作为优选，所述的氧化物是具有八面体结构的XO2型氧化物；更优选的，所述的氧化物可选自SnO2、TiO2、ZrO2、HfO2中的任意一种，所述的发光层可选自掺钕的SnO2薄膜、掺钕的TiO2薄膜、掺钕的ZrO2薄膜、掺钕的HfO2薄膜中的任意一种。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜中钕的掺入量为原子比1～5％。
作为优选，所述的掺钕的氧化物薄膜的厚度为100～200 nm。
作为优选，所述的透明电极层为在红外光区具有大于40％的透过率的导电薄膜，所述的透明导电薄膜可以选用掺锡氧化铟（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、掺铟氧化锌（IZO）。
作为优选，所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
作为优选，所述P型硅衬底的厚度为300～2000 μm，电阻率为0.001～0.1 Ω•cm。
作为优选，所述的发光器件还包括封装层和∕或缓冲层。
实施例1
制备掺钕的氧化钛的电致发光器件的方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.001 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为300 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于射频溅射腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至4×10−3 Pa后，通入纯Ar气至1 Pa，使用TiO2陶瓷靶和金属Nd靶共同溅射来沉积掺Nd的TiO2初始膜，施加的功率分别为约120W和25W；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为1小时。
（2）将得到的掺Nd的TiO2初始膜置于高纯氧气（纯度大于99.9％）气氛下于550℃热处理2.5小时，最终形成掺Nd的TiO2薄膜，薄膜厚度约为100 nm，Nd的掺入量为原子比2.0％。
（3） 在掺Nd的TiO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150 nm的透明ITO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Au膜欧姆接触电极，呈直径为10mm的圆形。
将上述器件中的Au膜欧姆接触电极接正电压，ITO薄膜电极接负电压，测试该器件在不同注入电流（5、10和15 mA）下的红外光区电致发光光谱（EL），结果如图2所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约920、1090和1370 nm的发光峰；随着注入电流的增大，电致发光的强度也随之增强。
实施例2
一种基于掺钕的氧化钛的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.1 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为500 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于热蒸发腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至1×10−3 Pa后，使用掺入原子比1%的Nd2O3的TiO2物料作为蒸发源来沉积掺Nd的TiO2初始膜；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃。
（2）将得到的掺Nd的TiO2初始膜置于氧气（纯度大于90％）气氛下于450℃热处理2.5小时，最终形成掺Nd的TiO2薄膜，薄膜厚度约为100 nm，Nd的掺入量为原子比1.0％。
（3） 在掺Nd的TiO2薄膜上使用蒸镀沉积厚约150 nm的透明ITO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用蒸镀沉积100 nm厚的Ni-Au合金薄膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形。
将上述器件中的Ni-Au薄膜欧姆接触电极接正电压，ITO薄膜电极接负电压，测试该器件在10 mA注入电流下的红外光区电致发光光谱（EL），结果如图3所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约920、1090和1370 nm的发光峰。
实施例3
一种基于掺钕的氧化锡的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为2000 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于激光脉冲沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至2×10−3 Pa后，使用掺入原子比2%的Nd2O3的SnO2靶材来沉积掺Nd的SnO2初始膜；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为5小时。
（2）将得到的掺Nd的SnO2初始膜置于氧气气氛下于500℃热处理1小时，最终形成掺Nd的SnO2薄膜，薄膜厚度约为200 nm，Nd的掺入量为原子比2.0％。
（3） 在掺Nd的SnO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150 nm的透明AZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Pt膜欧姆接触电极，呈直径为10mm的圆形。
将上述器件中的Pt膜欧姆接触电极接正电压，AZO薄膜电极接负电压，测试该器件在10 mA注入电流下的红外光区电致发光光谱（EL），结果如图4所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约920、1090和1370 nm的发光峰。
实施例4
一种基于掺钕的氧化锆的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.03 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为675 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于金属-有机化学沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至2×10−3Pa后，使用掺入原子比2.5%的Nd2O3的ZrO2靶材来沉积掺Nd的ZrO2初始膜；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为1小时。
（2）将得到的掺Nd的ZrO2初始膜置于氧气（纯度大于50％）气氛下于650℃热处理2小时，最终形成掺Nd的ZrO2薄膜，薄膜厚度约为100 nm，Nd的掺入量为原子比2.5％。
（3） 在掺Nd的ZrO2薄膜上使用蒸镀沉积厚约150 nm的透明ITO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用蒸镀沉积100 nm厚的In膜欧姆接触电极，呈直径为10 mm的圆形。
将上述器件中的In膜欧姆接触电极接正电压，ITO薄膜电极接负电压，测试该器件在10 mA注入电流下的红外光区电致发光光谱（EL），结果如图5所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约920、1090和1370 nm的发光峰。
实施例5
一种基于掺钕的氧化铪的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.05 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为625 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于等离子体增强化学沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至4×10−3 Pa后，通入纯Ar气至2 Pa，使用HfO2陶瓷靶和金属Nd靶来沉积掺Nd的HfO2初始膜；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为4小时。
（2）将得到的掺Nd的HfO2初始膜置于氧气（纯度大于70％）气氛下于550℃热处理5小时，最终形成掺Nd的HfO2薄膜，薄膜厚度约为100 nm，Nd的掺入量为原子比5.0％。
（3） 在掺Nd的HfO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150 nm的透明IZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Al膜欧姆接触电极，呈直径为10mm的圆形。
将上述器件中的Al膜欧姆接触电极接正电压，IZO薄膜电极接负电压，测试该器件在10 mA注入电流下的红外光区电致发光光谱（EL），结果如图6所示，由图可知，电致发光光谱中红外光区出现了显著的约920、1090和1370 nm的发光峰。
实施例6
一种基于掺钕的氧化锡的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.003 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为2000 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于电子束沉积腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至4×10−3 Pa后，使用掺入原子比2%的Nd2O3的SnO2陶瓷靶来轰击沉积掺Nd的SnO2初始膜；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为0.5小时。
（2）将得到的掺Nd的SnO2初始膜置于高纯氧气（纯度大于99.9％）气氛下于500℃热处理1小时，最终形成掺Nd的SnO2薄膜，薄膜厚度约为200 nm，Nd的掺入量为原子比2.0％。
（3） 在掺Nd的SnO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150 nm的透明AZO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Cu膜欧姆接触电极，呈直径为10mm的圆形，制得无机电致红外发光器件。
实施例7
制备掺钕的氧化钛的电致发光器件的方法，包括以下步骤：
（1）取电阻率约为0.001 Ω•cm、尺寸为15×15 mm2、厚度为300 μm的P型<100>硅片，清洗后，将硅片置于射频溅射腔体内，使用真空泵将腔体内压强抽至4×10−3 Pa后，通入纯Ar气至1 Pa，使用TiO2陶瓷靶和金属Nd靶共同溅射来沉积掺Nd的TiO2初始膜，施加的功率分别为约120W和25W；沉积过程中P型<100>硅衬底温度保持在100℃，沉积时间为1小时。
（2）将得到的掺Nd的TiO2初始膜置于高纯氧气（纯度大于99.9％）气氛下于550℃热处理2.5小时，最终形成掺Nd的TiO2薄膜，薄膜厚度约为100 nm，Nd的掺入量为原子比2.0％。
（3） 在掺Nd的TiO2薄膜上使用直流反应溅射沉积厚约150 nm的透明ITO薄膜电极，呈直径为10 mm的圆形。
（4）在硅衬底背面使用直流溅射沉积100 nm厚的Ni膜欧姆接触电极，呈直径为10mm的圆形，制得无机电致红外发光器件。
需要说明的是，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (18)

1.一种掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的发光器件包括衬底、自下而上依次沉积在衬底正面的发光层和透明电极层、以及沉积在衬底背面的欧姆接触电极，所述的发光层为掺钕的氧化物薄膜，所述的衬底为P型硅衬底，所述的氧化物是具有八面体结构的XO2型氧化物，钕离子掺入到所述八面体结构的XO2型氧化物中，所述的发光器件在红外光区发出波长为920、1090、1370nm的三价钕离子的特征发光尖峰。
2.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的掺钕的氧化物薄膜中钕的掺入量为原子比1～5％。
3.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的掺钕的氧化物薄膜的厚度为100～200nm。
4.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的透明电极层为在红外光区具有大于40％的透过率的导电薄膜。
5.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的透明电极层为在红外光区具有大于60％的透过率的导电薄膜。
6.根据权利要求4所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的导电薄膜材料选自掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺铟氧化锌。
7.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的透明电极层薄膜的厚度为100～200nm。
8.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述的欧姆接触电极为不易氧化的金属薄膜，所述金属薄膜的金属选自铝、镍、金、铂、铟、铜中的任意一种或任意多种。
9.根据权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件，其特征在于：所述P型硅衬底的厚度为300～2000μm，电阻率为0.001～0.1Ω·cm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的发光器件还包括封装层和/或缓冲层。
11.根据权利要求10所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的封装层为有机或无机薄膜。
12.根据权利要求11所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的封装层材料选自玻璃、环氧树脂、电子铝箔或铜箔、紫外线或热固性树脂、有机玻璃。
13.根据权利要求11所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的封装层材料为高分子聚合物。
14.根据权利要求10所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的缓冲层为提高电子和/或空穴注入效率的有机或无机薄膜。
15.根据权利要求14所述的电致红外发光器件，其特征在于：所述的缓冲层材料选自三喹诺啉铝络合物、单喹诺啉锂络合物、金属酞菁、石墨烯薄膜。
16.一种光电器件，其特征在于：所述的光电器件包括权利要求1-15任一项所述的掺钕的无机电致红外发光器件，所述的光电器件选自发光二极管、激光二极管、光电检测设备、光纤信号信息传输设备。
17.一种光电器件，其特征在于：所述的光电器件包括权利要求1-15任一项所述的掺钕的无机电致红外发光器件，所述的光电器件选自显示屏幕、照明、指示灯具。
18.一种制备权利要求1所述的掺钕的无机电致红外发光器件的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在衬底上沉积掺钕的氧化物初始膜；
(2)将制备得到掺钕的氧化物初始膜在氧气气氛中、450～650℃条件下热处理1～5小时，得到掺钕的氧化物薄膜；
(3)在掺钕的氧化物薄膜上沉积透明电极层；
(4)在衬底的背面沉积欧姆接触电极，制得无机电致红外发光器件。
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