CN104178150A - 钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电材料领域，其公开了一种钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件；该发光薄膜的其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06。钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其电致发光谱（EL）中，在638nm和727nm位置有很强的发光峰。
Description
技术领域
本发明涉及光电材料领域，尤其涉及一种钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜及其制备方法。本发明还涉及一种使用该发光薄膜作为发光层的电致发光器件。
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。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，稀土掺杂的二氧化铪基荧光粉，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，用二氧化铪基类发光材料制备成电致发光的薄膜，仍未见报道。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种激发光谱能够较好地匹配现有的近紫外LED的发射光谱的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜
本发明的技术方案如下:
本发明提供的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，在薄膜中充当主要的发光中心，x的取值为0.01～0.06，优选0.03。
本发明还提供上述钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其利用脉冲激光沉积法（PLD）来制备，工艺步骤如下:
（1）、陶瓷靶材的制备:分别选用HfO2和Sm2O3粉体，均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制得陶瓷靶材，其中，HfO2和Sm2O3的摩尔比为1-x:0.5x；
优选，对陶瓷靶材进行切割，其规格为Φ50×2mm；烧结温度优选1250℃。
（2）、将制得的陶瓷靶材和ITO玻璃衬底装入镀膜设备的腔体中，密封腔体后，对腔体进行抽真空处理，控制腔体真空度为1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa；
优选，ITO玻璃衬底在放入腔体前需清洗处理:先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，然后再放入真空腔体中；
抽真空处理是采用机械泵和分子泵把腔体进行的；腔体真空度为5.0×10-4Pa。
（3）、设置镀膜工艺参数:设置基靶间距为45～95mm，衬底温度为250℃～750℃，镀膜激光的能量为80～300W，过程中通入流量为10～40sccm的氧气，工作压强为0.5～5Pa；待工艺参数设置完成后，进行镀膜处理；随后在ITO玻璃衬底的ITO层表面制得钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06；
优选，镀膜工艺参数为:基靶间距为60mm，衬底温度为500℃，镀膜激光的能量为150W，过程中通入流量为20sccm的氧气，工作压强为3Pa；以及x的取值为0.03。
本发明还提供一种电致发光器件，包括玻璃衬底、ITO阳极、发光薄膜层以及阴极层，其特征在于，所述发光薄膜为钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06。
电致发光器件的制备工艺如下:
（1）、陶瓷靶材的制备:分别选用HfO2和Sm2O3粉体，均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制得陶瓷靶材，其中，HfO2和Sm2O3的摩尔比为1-x:0.5x；
（2）、将制得的陶瓷靶材和ITO玻璃衬底装入镀膜设备的腔体中，密封腔体后，对腔体进行抽真空处理，控制腔体真空度为1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa；
（3）、设置镀膜工艺参数:设置基靶间距为45～95mm，衬底温度为250℃～750℃，镀膜激光的能量为80～300W，过程中通入流量为10～40sccm的氧气，工作压强为0.5～5Pa；待工艺参数设置完成后，进行镀膜处理；随后在ITO玻璃衬底的ITO层表面制得钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06；
（4）、步骤（3）制得含发光薄膜的ITO玻璃衬底以及Ag纳米粒子移入真空蒸镀设备中，在发光薄膜表面蒸镀一层起阴极作用的Ag层；
待上述步骤完成后，制得电致发光器件。
本发明采用PLD设备，制备钐掺杂二氧化铪Hf1-xO2:xSm3+发光薄膜，得到薄膜的电致发光谱（EL）中，在638nm和727nm位置有很强的发光峰。
附图说明
图1为实施例3制得的发光薄膜样品的EL光谱图；
图2为实施例5制得的电致发光器件结构示意图。
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
选用HfO2和Sm2O3粉体，其摩尔比为0.97:0.015，经过均匀混合后，在1250℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把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5.0×10-4Pa，氧气的工作气体流量为20sccm，压强调节为3Pa，衬底温度为500℃，激光能量为150W，得到样品Hf0.97O2:0.03Sm3+发光薄膜。
实施例2
选用HfO2和Sm2O3粉体，其摩尔比为0.99:0.005，经过均匀混合后，在900℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为45mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到1.0×10-3Pa，氧气的工作气体流量为10sccm，压强调节为0.5Pa，衬底温度为250℃，激光能量为80W，得到样品Hf0.99O2:0.01Sm3+发光薄膜。
实施例3
选用HfO2和Sm2O3粉体，其摩尔比为0.95:0.025，经过均匀混合后，在1300℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为95mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到1.0×10-5Pa，氧气的工作气体流量为40sccm，压强调节为5Pa，衬底温度为750℃，激光能量为120W，得到样品Hf0.95O2:0.05Sm3+发光薄膜。
图1为实施例3制得的发光薄膜样品的EL光谱图；从图1可知，在638nm和727nm位置有很强的发光峰。
实施例4
选用HfO2和Sm2O3粉体，其摩尔比为0.96:0.02，经过均匀混合后，在950℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为80mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到9.0×10-4Pa，氧气的工作气体流量为20sccm，压强调节为1.5Pa，衬底温度为300℃，激光能量为300W，得到样品Hf0.96O2:0.04Sm3+发光薄膜。
实施例5
本实施为电致发光器件，如图2所示，其中，1为玻璃衬底；2为ITO透明导电薄膜，作为阳极；3为发光材料薄膜层；4为Ag层，作为阴极。
选用HfO2和Sm2O3粉体，其摩尔比为0.94:0.03，经过均匀混合后，在1150℃下烧结成Φ50×2mm的陶瓷靶材，并将靶材装入真空腔体内。然后，先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗带ITO的玻璃衬底，并用对其进行氧等离子处理，放入真空腔体。把靶材和衬底的距离设定为65mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到2.0×10-4Pa，氧气的工作气体流量为35sccm，压强调节为4.5Pa，衬底温度为650℃，激光能量为230W，得到样品Hf0.94O2:0.06Sm3+发光薄膜。然后在将发光薄膜移入真空蒸镀设备中，在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。
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)
1.一种钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其特征在于，其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06。
2.根据权利要求1所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其特征在于，x的取值为0.03。
3.根据权利要求1所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其特征在于，包括下述化学式的发光薄膜:
Hf0.97O2:0.03Sm3+；Hf0.99O2:0.01Sm3+；Hf0.95O2:0.05Sm3+；Hf0.96O2:0.04Sm3+；Hf0.94O2:0.06Sm3+。
4.一种钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
陶瓷靶材的制备:分别选用HfO2和Sm2O3粉体，均匀混合后，在900～1300℃下烧结，制得陶瓷靶材，其中，HfO2和Sm2O3的摩尔比为1-x:0.5x；
将制得的陶瓷靶材和ITO玻璃衬底装入镀膜设备的腔体中，密封腔体后，对腔体进行抽真空处理，控制腔体真空度为1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa；
设置镀膜工艺参数:设置基靶间距为45～95mm，衬底温度为250℃～750℃，镀膜激光的能量为80～300W，过程中通入流量为10～40sccm的氧气，工作压强为0.5～5Pa；待工艺参数设置完成后，进行镀膜处理；随后在ITO玻璃衬底的ITO层表面制得钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06。
5.根据权利要求4所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述陶瓷靶材制备过程中的烧结温度为1250℃。
6.根据权利要求4所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述抽真空处理是采用机械泵和分子泵把腔体进行的。
7.根据权利要求4所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述腔体真空度为5.0×10-4Pa。
8.根据权利要求4所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述镀膜工艺参数为:基靶间距为60mm，衬底温度为500℃，镀膜激光的能量为150W，过程中通入流量为20sccm的氧气，工作压强为3Pa。
9.根据权利要求4所述的钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜的制备方法，其特征在于，x的取值为0.03。
10.一种电致发光器件，包括玻璃衬底、ITO阳极、发光薄膜层以及Ag阴极层，其特征在于，所述发光薄膜为钐掺杂二氧化铪基的发光薄膜，其化学通式为:Hf1-xO2:xSm3+；其中，HfO2是基质，Sm3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为0.01～0.06。
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