铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件的制作方法
【专利摘要】本发明属于光电材料领域，其公开了一种铈掺杂氮氧硅镓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:aGa2-xO3-bSi3N4:xCe3+；其中，aGa2-xO3-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心x的取值范围为0.001～0.04。铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，其电致发光谱（EL）中，在535nm位置有很强的发光峰。
【专利说明】铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜及其制备方法和电致发光器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电材料领域，尤其涉及一种铈掺杂氮氧硅镓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】
[0002]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。
[0003]在发光体系材料中，氮氧硅镓化合物具有良好的热稳定性和化学稳定性，以稀土离子掺杂的氮氧硅镓化合物在作为荧光粉已经得到深入的研究，能够得到良好的红绿光的激发。但是，氮氧硅镓化合物体系在制备成薄膜电致发光材料的报道仍十分少见。
【发明内容】
[0004]基于上述问题，本发明提供一种铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]本发明提供的铺掺杂氮氧娃镓的发光薄膜，其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为 0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97 ;优选:x的取值为
0.03，a的取值范围0.05，b的取值范围0.95。
[0007]本发明还提供上述铈掺杂氮氧硅镓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:
[0008](I)、陶瓷靶材的制备:根据化学通式aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+中元素化学计量比，分别称取Ga2O3, Si3N4和CeO2粉体，均匀混合后，在900~1300°C下烧结，制得陶瓷靶材；其中，X的取值范围为0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97 ;
[0009]优选，对陶瓷靶材进行切割，其规格为Φ 50 X 2mm ;烧结温度优选1250°C。
[0010](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1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0011]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；
[0012]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5.0X 10_4Pa。
[0013](3)、设置镀膜工艺参数:设置基靶间距为45~95mm，衬底温度为250°C~750°C，镀膜激光的能量为80~300W，过程中通入流量为10~40SCCm的氧气工作气体，工作压强为0.2~5Pa ;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层表面制得铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为
0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97 ;
[0014]优选，镀膜工艺参数为:基靶间距为60_，衬底温度为500°C，镀膜激光的能量为150W，过程中通入流量为20SCCm的氧气工作气体，工作压强为3Pa，；以及x的取值为0.03，a的取值范围0.05，b的取值范围0.95。
[0015]氧气的作用是用来补偿靶材中流失的氧元素，减少氧空位形成的无辐射复合中心，增加发光效率。
[0016]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，其中，所述发光薄膜为铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03_bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，X的取值范围为0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.l,b的取值范围0.91~
0.97。
[0017]电致发光器件的制备工艺如下:
[0018](I)、陶瓷靶材的制备:根据化学通式aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+中元素化学计量比，均匀混合后，在900~1300°C下烧结，制得陶瓷靶材；其中，X的取值范围为0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97 ;
[0019](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1.0X 10_3Pa~1.0X 10_5Pa ；
[0020](3)、设置镀膜工艺参数:设置基靶间距为45~95mm，衬底温度为250°C~750°C，镀膜激光的能量为80~300W，过程中通入流量为10~40SCCm的氧气工作气体，工作压强为0.2~5Pa ;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层表面制得铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为
0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97 ;
[0021](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；
[0022]待上述步骤完成后，制得电致发光器件。
[0023]本发明采用脉冲激光沉积法(PLD)，制备铈掺杂氮氧硅镓发光薄膜，得到薄膜的电致发光谱(EL)中，在535nm位置有很强的发光峰。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施例3制得的发光薄膜样品的EL光谱图；
[0025]图2为实施例6制得的电致发光器件结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
[0027]实施例1
[0028]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体,摩尔数分别为 0.03mmol, 0.97mmol, 0.01 mmol ,经过均匀混合后，在1250°C下烧结成Φ50Χ2πιπι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5.0X 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°C，激光能量为 150W，得到样品 0.03GaL9903-0.97Si3N4:0.01Ce3+ 发光薄膜。
[0029]实施例2
[0030]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体，摩尔数分别为 0.0.099mmol,0.9mmol,0.0Olmmol，经过均匀混合后，在900°C下烧结成Φ 50 X 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1.0X10_3Pa，氧气的工作气体流量为lOsccm，压强调节为0.5Pa，衬底温度为250°C，激光能量为 80W，得到样 0.1Gbl 999O3-0.9Si3N4:0.0OlCe3+ 发光薄膜。
[0031]实施例3
[0032]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体,摩尔数分别为 0.05mmol, 0.91mmol, 0.04mmol,经过均匀混合后，在1300°C下烧结成Φ50Χ2πιπι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
1.0X10_5Pa，氧气的工作气体流量为40SCCm，压强调节为1.5Pa，衬底温度为750°C，激光能量为 300W，得到样品 0.09GaL9603-0.91Si3N4:0.04Ce3+ 发光薄膜。
[0033]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535nm位置有很强的发光峰。
[0034]实施例4
[0035]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体,摩尔数分别为 0.05mmol, 0.93mmol, 0.02mmol,经过均匀混合后，在950°C下烧结成Φ 50 X 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50mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到
3.0X 10_4Pa，氧气的工作气体流量为30SCCm，压强调节为2.5Pa，衬底温度为600°C，激光能量为 150W，得到样品 0.07GaL9803-0.93Si3N4:0.02Ce3+ 发光薄膜。
[0036]实施例5
[0037]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体,摩尔数分别为 0.04mmol, 0.95mmol, 0.01mmol,经过均匀混合后，在1000°c下烧结成Φ50Χ2πιπι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75mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到
7.0X10_5Pa，氧气的工作气体流量为15SCCm，压强调节为4.5Pa，衬底温度为350°C，激光能量为 250W，得到样品 0.05GaL9703-0.95Si3N4:0.01Ce3+ 发光薄膜。
[0038]实施例6
[0039]本实施为电致发光器件，如图2所示，其中，I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。
[0040]选用Ga2O3, Si3N4, CeO2 粉体,摩尔数分别为 0.03mmol, 0.94mmol, 0.03mmol,经过均匀混合后，在1250°C下烧结成Φ50Χ2πιπι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85mm。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽到
5.0X 10_5Pa，氧气的工作气体流量为35SCCm，压强调节为5Pa，衬底温度为500°C，激光能量为200W，得到样品0.06GaL9703-0.94Si3N4:0.03Ce3+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。
[0041]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。
【权利要求】
1.一种铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，其特征在于，其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+;其中，aGa2_x03_bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，X的取值范围为0.0Ol~0.04，a的取值范围0.03~0.l,b的取值范围0.91~0.97。
2.根据权利要求1所述的铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，其特征在于，X的取值为0.03，a的取值范围0.05，b的取值范围0.95。
3.根据权利要求1所述的铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，其特征在于，包括下述化学式的发光薄膜:
.0.03Ga199O3-0.97Si3N4: 0.01Ce3+ ; 0.1 Ga1.99903-0.9Si3N4: 0.0OlCe3+ ；.0.09Ga 1 9603- 0.9 ISi3N4: 0.04Ce3+ ；0.0 7 G a980 3-0.93 Si3N4: 0.02Ce3+ ；.0.05Ga1 9703-0.95Si3N4:0.03Ce3+ ；0.06GaL9703-0.94Si3N4:0.03Ce3+。
4.一种铈掺杂氮氧硅镓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:根据化学通式aGa2_x03-bSi3N4:XCe3+中元素化学计量比，分别称取Ga2O3, Si3N4和CeO2粉体，均匀混合后，在900~1300°C下烧结，制得陶瓷靶材； 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1.0X 10_3Pa~1.0X 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°C~750°C，镀膜激光的能量为80~300W，过程中通入流量为10~40SCCm的氧气工作气体，工作压强为.0.2~5Pa ;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层表面制得铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜，该发光薄膜的其化学通式为:aGa2_x03_bSi3N4:xCe3+ ;其中，aGa2_x03-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为.0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97。
5.根据权利要求4所述的铈掺杂氮氧硅镓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°C。
6.根据权利要求4所述的铈掺杂氮氧硅镓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所述的铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述腔体真空度为5.0X10_4Pa。
8.根据权利要求4所述的铈掺杂氮氧硅镓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°C，镀膜激光的能量为150W，过程中通入流量为20SCCm的氧气工作气体，工作压强为3Pa。
9.根据权利要求4所述的铈掺杂氮氧硅镓的发光薄膜的制备方法，其特征在于，X的取值为0.03，a的取值范围0.05，b的取值范围0.95。
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，所述发光薄膜为铺掺杂氮氧娃镓的发光薄膜，其化学通式为:aGa2_x03-bSi3N4:xCe3+ ；其中，aGa2_x03-bSi3N4是基质，Ce3+是激活光离子，为发光薄膜的发光中心，x的取值范围为.0.001~0.04，a的取值范围0.03~0.1，b的取值范围0.91~0.97。
【文档编号】H05B33/14GK104178141SQ201310196839
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】周明杰, 陈吉星, 王平, 张娟娟 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司