一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件及其制备方法

本发明涉及稀土掺杂发光材料，特别涉及一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件及其制备方法。

背景技术：

1、由于光显示越来越多地应用到人们的日常生活中，对它的要求也会不断增加。就当前阶段而言，越来越多的人对用于现代显示的光致发光器件产生了浓厚的兴趣。

2、硅基稀土发光元件是通过将稀土元素引入到硅基质中来实现其荧光性能的一种新型荧光器件。在光通信，激光，传感器等诸多领域均有其应用。

3、由于硅是最主要的半导体原料，因此，利用稀土掺杂可以使其具有荧光特性，在光电子、光电子等领域具有重要的应用价值，但是现有的稀土掺杂发光元件的光学效率与兼容性较低，并且稳定性与低能耗性都比较差，有待通过更优的制备方法来制备出性能更好的稀土掺杂发光元件。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件及其制备方法，通过该方法制备的硅基稀土掺杂发光元件具有较高的光学效率与兼容性，不但拥有较高的稳定性与低能耗性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.制备基底：将质量分比为1.5:1的硅源与碳源处理成粉末状并混合均匀，滴加黏结剂后成型，放置在处于真空环境下的电阻炉中进行加热反应，得到具有多孔的碳化硅基底；

5、s2.基底掺杂：将散射颗粒通过离子注入掺杂在s1所述的碳化硅基底中，在将其放置在高温管式扩散炉中进行退火，得到掺杂碳化硅基底；

6、s3.预处理：将2-5纳米颗粒粒径的发光纳米颗粒紧密沉积于所述掺杂碳化硅基底的表面上形成致密的特性层；

7、s4.合成发光元件：将10-20纳米颗粒粒径的发光纳米颗粒通过沉积布置在s3所述预处理后的掺杂碳化硅基底的孔中，并在特性层表层沉积一层束缚层，得到硅基稀土掺杂发光元件。

8、优选的，在s1中，所述硅源为二氧化硅、硅金属或原硅酸四已酯其中的一种或多种。

9、优选的，在s1中，所述碳源为纳米碳化管、石墨块或石墨烯其中的一种或多种。

10、优选的，在s1中，所述黏结剂为碳黑与硅酸盐胶黏剂的混合物，两者按照以质量比1:1混合得到。

11、优选的，在s1中，电阻炉加热温度为2000-2200℃，加热时间在3-5h。

12、优选的，在s2中，所述散射颗粒为硅酸铒、硅酸钆、硅酸铥和硅酸钕其中的一种。

13、优选的，在s2中，所述退火操作具体步骤为：将掺杂后的碳化硅基底放置于高温管式扩散炉内在800-1000℃内，退火1.5-5h，并持续向炉内通入氮气。

14、优选的，在s3、s4中，所述发光纳米颗粒为量子点、量子棒中的一种或多种，利用碳化硅进行包覆。

15、优选的，在s4中，所述束缚层由氮化铒、氮化钆、氮化铥和氮化钕其中的一种与碳化硅1:2混合后形成的均匀混合物构成，所用氮化物与散射颗粒中含有的稀土元素保持一致。

16、一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件，所述发光元件基于所述硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法制得。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明通过将稀土金属元素掺杂在硅基底中，可以减少基板与稀土金属元素之间的晶格不匹配性，使得有效避免发光元件在使用中缺陷的产生。使其在提升硅基稀土掺杂发光元件的效率上，同时提高其使用寿命。且通过退火处理改善了稀土金属元素的激发和发射性能，有助于激活稀土元素并提高其光学效率。

19、本发明通过对硅基底的预处理与合成形成孔洞结构，并通过将发光纳米颗粒沉积与包封在硅基底的孔中，能够提高发光元件的发光特性与对温度、湿度和特殊环境的稳定性，且增加了其使用的兼容性。

20、本发明采用碳化硅一体结构，增强了硅基稀土发光元件结构的完整性与硬度，并通过离子注入将稀土元素在孔状基底结构中形成稀土元素的层叠，在通过激化后更高效率的发散其荧光，并且有效控制了在基底上掺杂的浓度，以防止其自发辐射猝灭或无法引发明显的荧光，以展现其最佳光学性能且降低其需要的能耗。

技术特征：

1.一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s1中，所述硅源为二氧化硅、硅金属或原硅酸四已酯其中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s1中，所述碳源为纳米碳化管、石墨块或石墨烯其中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s1中，所述黏结剂为碳黑与硅酸盐胶黏剂的混合物，两者按照以质量比1:1混合得到。

5.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s1中，电阻炉加热温度为2000-2200℃，加热时间在3-5h。

6.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s2中，所述散射颗粒为硅酸铒、硅酸钆、硅酸铥和硅酸钕其中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s2中，所述退火操作具体步骤为：将掺杂后的碳化硅基底放置于高温管式扩散炉内在800-1000℃内，退火1.5-5h，并持续向炉内通入氮气。

8.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s3、s4中，所述发光纳米颗粒为量子点、量子棒中的一种或多种，利用碳化硅进行包覆。

9.根据权利要求1所述的一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法，其特征在于：在s4中，所述束缚层由氮化铒、氮化钆、氮化铥和氮化钕其中的一种与碳化硅1:2混合后形成的均匀混合物构成，所用氮化物与散射颗粒中含有的稀土元素保持一致。

10.一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件，其特征在于，所述发光元件基于权利要求1-9任意一项所述硅基稀土掺杂发光材料的发光元件的制备方法制得。

技术总结
本发明属于稀土掺杂发光材料领域，公开了一种硅基稀土掺杂发光材料的发光元件及其制备方法，该制备方法包括以下步骤S1.将硅源与碳源处理成粉末状并混合均匀，滴加黏结剂后成型，放置在处于真空环境下的电阻炉中进行加热反应，得到具有多孔的碳化硅基底；S2.将散射颗粒通过离子注入掺杂在S1所述的碳化硅基底中，在将其放置在高温管式扩散炉中进行退火，得到掺杂碳化硅基底；S3.将发光纳米颗粒通过沉积布置在S2所述掺杂碳化硅基底的孔中，并在表层沉积一层束缚层，得到硅基稀土掺杂发光元件。通过该方法制备的硅基稀土掺杂发光元件具有较高的光学效率与兼容性，且拥有较高的稳定性与低能耗性。

技术研发人员：何恩节,王坤,刘念
受保护的技术使用者：安徽科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15