CN104745178A - 铈掺杂碱土硫化物发光薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铈掺杂碱土硫化物发光薄膜及其制备方法和应用；该薄膜的结构通式为MeS:xCe3+；其中，MeS是基质，Me为Ca、Sr或Ba，Ce3+是激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心；x的值为0.01～0.08。本发明利用金属有机化学气相沉积法（MOCVD），制备铈掺杂碱土硫化物发光薄膜(MeS：xCe3+)，得到薄膜的电致发光谱（EL）中，在540nm位置有很强的发光峰，可作为薄膜电致发光器件的潜在应用材料。
Description
技术领域
本发明涉及发光薄膜制备领域，尤其涉及一种铈掺杂碱土硫化物发光薄膜及其制备方法和应用。
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到蓝光的激发。但是，用碱土硫化物作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可以应用于有机电致发光器件中作为发光层材料的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜。
本发明的技术方案如下：
一种铈掺杂碱土硫化物发光薄膜，其结构通式为MeS:xCe3+；其中，MeS是基质，Me为Ca、Sr或Ba，Ce3+是激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心；x的值为0.01～0.08；优选x的值为0.05；其中，硫化锌ZnS基质制备的发光薄膜已经开始进入商用，而Ca、Sr、Ba碱土金属元素的硫化物MeS与之具有媲美的光学性质，而且化学性能更加稳定，可应用于更多领域。
本发明还提供一种上述铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）、先后用甲苯、丙酮和乙醇分别超声清洗衬底（衬底为南玻公司购买的ITO玻璃）5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入真空镀膜设备反应室；
（2）、对真空镀膜设备反应室抽真空处理，使其真空度抽至1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa后；先于700℃下热处理衬底10～30分钟，然后温度降为250℃～650℃（优选500℃）；
（3）打开镀膜设备的旋转电机，调节镀膜工艺参数：衬底托的转速为50～1000转/分，先通入气流量为5～15sccm且含有机金属源的Ar载气，然后通入气流量为10～200sccm的硫化氢，开始薄膜的沉积；其中，所述有机金属源分别选用摩尔比为（1-x）：x的化学式为(C5H5)2Me的环戊二烯碱土盐和化学式为Ce(TMHD)4是金属阳离子源；其中，通入硫化氢作为反应气，MOCVD法制备硫化物薄膜的必要条件，从反应气与载气的流量对比看出，反应气一般为载气量的10倍以上用量，从而使整个腔体的有机金属源都处于硫氛围中；
（4）待沉积薄膜的厚度为80～300nm（优选厚度为150nm）后，关闭含有机金属源的Ar载气，并继续通硫化氢，且将反应室的温度降到室温，即得到结构通式为MeS:xCe3+的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜；其中，MeS是基质，Me为Ca、Sr或Ba，Ce3+是激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心；x的值为0.01～0.08。
所述铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法中，优选，对真空镀膜设备反应室抽真空处理是采用机械泵和分子泵进行抽真空的；优选反应室的真空度为4.0×10-3Pa。
所述铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法中，优选镀膜工艺参数：衬底托的转速为300转/分，Ar载气的气流量为10sccm，硫化氢的气流量为120sccm。
本发明又提供一种上述铈掺杂碱土硫化物发光薄膜作为有机电致发光器件发光层薄膜的应用。
本发明利用金属有机化学气相沉积法（MOCVD），制备铈掺杂碱土硫化物发光薄膜(MeS：xCe3+)，得到薄膜的电致发光谱（EL）中，在540nm位置有很强的发光峰，相对发光强度约为2500，可作为薄膜电致发光器件的潜在应用材料。
附图说明
图1为实施例8制得（的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的EL光谱图；
图2为实施例12制得的有机电致发光器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明
实施例1：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入C5H5)2Mg和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.95：0.05，流量为10sccm。通入H2S，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到100℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜MgS：0.05Ce3+。
实施例2：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入C5H5)2Mg和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.92：0.08，流量为10sccm，通入H2S，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到80℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜MgS：0.08Ce3+。
实施例3：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入C5H5)2Mg和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.99：0.01，流量为10sccm。通入H2S，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到60℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜MgS：0.01Ce3+。
实施例4：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入C5H5)2Ca和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.95：0.05，流量为10sccm。通入H2S，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到100℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜CaS：0.05Ce3+。
实施例5：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入C5H5)2Ca和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.92：0.08，流量为10sccm，通入H2S，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到80℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜CaS：0.08Ce3+。
实施例6：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入C5H5)2Ca和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.99：0.01，流量为10sccm。通入H2S，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到60℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜CaS：0.01Ce3+。
实施例7：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入C5H5)2Sr和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.95：0.05，流量为10sccm。通入H2S，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到100℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜SrS：0.05Ce3+。
实施例8：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入C5H5)2Sr和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.92：0.08，流量为10sccm，通入H2S，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到80℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜SrS：0.08Ce3+。
图1为实施例8制得的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的EL光谱图；如图1所示，本实施例得到的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的电致发光谱（EL）中，在540nm位置有很强的发光峰，相对发光强度约为2500，可作为薄膜电致发光器件的潜在应用材料。
实施例9：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入C5H5)2Sr和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.99：0.01，流量为10sccm。通入H2S，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到60℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜SrS：0.01Ce3+。
实施例10：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入C5H5)2Ba和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.95：0.05，流量为10sccm。通入H2S，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到100℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜BaS：0.05Ce3+。
实施例11：衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入C5H5)2Ba和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.92：0.08，流量为10sccm，通入H2S，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到80℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜BaS：0.08Ce3+。
实施例12：本实施例为有机电致发光器件，如图2所示，其结构包括玻璃衬底1、作为阳极的ITO透明导电薄膜2、发光薄膜层3、作为阴极的Ag层4；其中，发光薄膜层3为铈掺杂碱土硫化物发光薄膜。
该有机电致发光器件的制备工艺过程如下：
衬底为从南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入C5H5)2Ba和Ce(TMHD)4的载气Ar气，摩尔流量比为0.99：0.01，流量为10sccm。通入H2S，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通H2S，温度降到60℃，取出铈掺杂碱土硫化物发光薄膜BaS：0.01Ce3+。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。制得有机电致发光器件。
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 (8)
1.一种铈掺杂碱土硫化物发光薄膜，其特征在于，其结构通式为MeS:xCe3+；其中，MeS是基质，Me为Ca、Sr或Ba，Ce3+是激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心；x的值为0.01～0.08。
2.根据权利要求1所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜，其特征在于，x的值为0.05。
3.一种权利要求1所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、先后用甲苯、丙酮和乙醇分别超声清洗衬底5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入真空镀膜设备反应室；
（2）、对真空镀膜设备反应室抽真空处理，使其真空度抽至1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa后；先于700℃下热处理衬底10～30分钟，然后温度降为250℃～650℃；
（3）打开镀膜设备的旋转电机，调节镀膜工艺参数：衬底托的转速为50～1000转/分，先通入气流量为5～15sccm且含有机金属源的Ar载气，然后通入气流量为10～200sccm的硫化氢，开始薄膜的沉积；其中，所述有机金属源分别选用摩尔比为（1-x）：x的化学式为(C5H5)2Me的环戊二烯碱土盐和化学式为Ce(TMHD)4是金属阳离子源；
（4）待沉积薄膜的厚度为80～300nm后，关闭含有机金属源的Ar载气，并继续通硫化氢，且将反应室的温度降到室温，即得到结构通式为MeS:xCe3+的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜；其中，MeS是基质，Me为Ca、Sr或Ba，Ce3+是激活元素，在薄膜中充当主要的发光中心；x的值为0.01～0.08。
4.根据权利要求3所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，其特征在于，对真空镀膜设备反应室抽真空处理是采用机械泵和分子泵进行抽真空的。
5.根据权利要求3或4所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，其特征在于，反应室的真空度为4.0×10-3Pa。
6.根据权利要求3所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，其特征在于，镀膜工艺参数：衬底托的转速为300转/分，Ar载气的气流量为10sccm，硫化氢的气流量为120sccm。
7.根据权利要求3所述的铈掺杂碱土硫化物发光薄膜的制备方法，其特征在于，MeS:xCe3+中的x的值为0.05。
8.一种如权利要求1或2所述铈掺杂碱土硫化物发光薄膜作为有机电致发光器件发光层薄膜的应用。
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| CN201310732720.2A CN104745178A (zh) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 铈掺杂碱土硫化物发光薄膜及其制备方法和应用 |
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| CN201310732720.2A CN104745178A (zh) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 铈掺杂碱土硫化物发光薄膜及其制备方法和应用 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106433620A (zh) * | 2016-06-13 | 2017-02-22 | 郑甘裕 | 一种碱土硫化物发光材料、制备方法及其应用 |
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2013
- 2013-12-26 CN CN201310732720.2A patent/CN104745178A/zh active Pending
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| CN106433620A (zh) * | 2016-06-13 | 2017-02-22 | 郑甘裕 | 一种碱土硫化物发光材料、制备方法及其应用 |
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