一種銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜、製備方法及其應用與流程
2023-07-24 19:59:46
本發明涉及一種銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜、其製備方法、薄膜電致發光器件及其製備方法。
背景技術：
薄膜電致發光顯示器(TFELD)由於其主動發光、全固體化、耐衝擊、反應快、視角大、適用溫度寬、工序簡單等優點，已引起了廣泛的關注，且發展迅速。
鋯銻酸鹽類發光材料是作為LED螢光粉的熱門研究材料。紫外激發藍色螢光粉已經可以作為商用的產品，並在不斷的改善研發中。
技術實現要素：
基於此，有必要提供一種可應用於薄膜電致發光器件的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜、其製備方法該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜電致發光器件及其製備方法。
一種銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
在優選的實施例中，銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的厚度為50nm～300nm。
一種銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的製備方法，包括以下步驟：
根據RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+各元素的化學計量比將RO，ZrO2，Sb2O5，Eu2O3和Tb4O7粉體，經過混合後，在900℃～1300℃下燒結得到靶材；
將襯底裝入化學氣相沉積設備的反應室中，並將反應室的真空度設置為1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa；
調節基靶間距為45mm～95mm，襯底的溫度為250℃～750℃，工作氣體的流量為10sccm～40sccm，工作壓強為0.5Pa～5Pa，脈衝雷射能量為80W～300W，進行脈衝雷射沉積得到化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
在優選的實施例中，基靶間距為60mm，襯底的溫度為500℃，工作氣體的流量為20sccm，工作壓強為3Pa，脈衝雷射能量為150W；
在優選實施例中，銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的厚度為50nm～300nm。
一種薄膜電致發光器件，該薄膜電致發光器件包括依次層疊的襯底、陽極層、發光層以及陰極層，所述發光層的材料為銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
一種薄膜電致發光器件的製備方法，包括以下步驟：
提供具有陽極的襯底；
在所述陽極上形成發光層，所述發光層的材料為銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素；
在所述發光層上形成陰極。
在優選的實施例中，所述發光層的製備包括以下步驟：
根據RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+各元素的化學計量比將RO，ZrO2，Sb2O5，Eu2O3和Tb4O7粉體，經過混合後，在900℃～1300℃下燒結得到靶材；
將襯底裝入化學氣相沉積設備的反應室中，並將反應室的真空度設置為1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa；
調節基靶間距為45mm～95mm，襯底的溫度為250℃～750℃，工作氣體的流量為10sccm～40sccm，工作壓強為0.5Pa～5Pa，脈衝雷射能量為80W～300W，進行脈衝雷射沉積得到化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
上述銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜(RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+)的電致發光光譜(EL)中，在480nm和580nm位置都有很強的發光峰，能夠應用於薄膜電致發光顯示器中。
【附圖說明】
圖1為一實施方式的薄膜電致發光器件的結構示意圖；
圖2為實施例1製備的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的電致發光譜圖。
其中，1為玻璃襯底；2為ITO透明導電薄膜，作為陽極；3為發光材料薄膜層；4為Ag層，作為陰極。
【具體實施方式】
下面結合附圖和具體實施例對銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜、其製備方法和薄膜電致發光器件及其製備方法作進一步闡明。
一實施方式的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
優選的，銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的厚度為50nm～300nm，x為0.02，y為0.03。
更優選的，銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的厚度為150nm。
該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜中RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的電致發光光譜(EL)中，在480nm和580nm波長區都有很強的發光峰，能夠應用於薄膜電致發光顯示器中。
上述銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的製備方法，包括以下步驟：
步驟S11、根據RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+各元素的化學計量比將RO，ZrO2，Sb2O5，Eu2O3和Tb4O7粉體，經過混合後，在900℃～1300℃下燒結得到靶材；
將襯底裝入化學氣相沉積設備的反應室中，並將反應室的真空度設置為1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa。
在本實施方式中，襯底為銦錫氧化物玻璃(ITO)，可以理解，在其他實施例中，也可以為摻氟氧化錫玻璃(FTO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)或摻銦的氧化鋅(IZO)；襯底先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，氮氣風乾後送入反應室；
優選的，在1250℃下燒結得到靶材；反應室的真空度為5.0×10-4Pa。
步驟S13、調節基靶間距為45mm～95mm，襯底的溫度為250℃～750℃，工作氣體的流量為10sccm～40sccm，工作壓強為0.5Pa～5Pa，脈衝雷射能量為80W～300W，進行脈衝雷射沉積得到化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素；
在優選的實施例中，基靶間距為60mm，襯底的溫度為500℃，工作氣體的流量為20sccm，工作壓強為3Pa，脈衝雷射能量為150W；
在優選實施例中，銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的厚度為50～300nm；
在優選實施例中，工作氣體為氧氣；
步驟S14、進行化學氣相沉積得到銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜其化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
請參閱圖1，一實施方式的薄膜電致發光器件100，該薄膜電致發光器件100包括依次層疊的襯底1、陽極2、發光層3以及陰極4。
襯底1為玻璃襯底。陽極2為形成於玻璃襯底上的氧化銦錫(ITO)。發光層3的材料為銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜 的化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。陰極4的材質為銀(Ag)。
上述薄膜電致發光器件的製備方法，包括以下步驟：
步驟S21、提供具有陽極2的襯底1。
本實施方式中，襯底1為玻璃襯底，陽極2為形成於玻璃襯底上的氧化銦錫(ITO)。可以理解，在其他實施例中，也可以為摻氟氧化錫玻璃(FTO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)或摻銦的氧化鋅(IZO)；具有陽極2的襯底1先後用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗並用對其進行氧等離子處理。
步驟S22、在陽極2上形成發光層3，發光層3的材料為銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，該銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
本實施方式中，發光層3由以下步驟製得：
首先，根據RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+各元素的化學計量比將RO，ZrO2，Sb2O5，Eu2O3和Tb4O7粉體，經過混合後，在900℃～1300℃下燒結得到靶材；
將襯底裝入化學氣相沉積設備的反應室中，並將反應室的真空度設置為1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa，
再則、調節基靶間距為45mm～95mm，襯底的溫度為250℃～750℃，工作氣體的流量為10sccm～40sccm，工作壓強為0.5Pa～5Pa，脈衝雷射能量為80W～300W，進行脈衝雷射沉積得到化學式為RZr4-x-ySb6O24∶xEu2+,yTb3+的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜，其中，R選自鎂元素、鈣元素，鍶元素，鋇元素中至少一種，0.01≤x≤0.05，0.005≤y≤0.03，RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
在優選的實施例中，基靶間距為60mm，襯底的溫度為500℃，工作氣體的流量為20sccm，工作壓強為3Pa，脈衝雷射能量為150W；
在優選實施例中，工作氣體為氧氣；
步驟S23、在發光層3上形成陰極4。
本實施方式中，陰極4的材料為銀(Ag)，由蒸鍍形成。
下面為具體實施例。
實施例1
將1mmol MgO，3.96mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.015mmol Eu2O3和0.0025mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在1250℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材是圓餅的形狀，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至5.0×10-4Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為20sccm，壓強調節為3.0Pa，襯底溫度為500℃，脈衝雷射能量150W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為MgZr3.96Sb6O24∶0.03Eu2+,0.01Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
本實施例中得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為ZrO2：0.02Eu3+，0.03Er3+，其中RZr4Sb6O24是基質，Eu2+和Tb3+離子是激活元素。
請參閱圖2，圖2所示為得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的電致發光譜(EL)。由圖2可以看出，電致發光譜中，在480nm和580nm都有很強的發光峰能夠應用於薄膜電致發光顯示器中。
實施例2
將1mmol MgO，3.985mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.005mmol Eu2O3和0.00125mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在900℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為10sccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250℃，脈衝雷射能量80W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至50nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為MgZr3.985Sb6O24∶0.01Eu2+,0.005Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
實施例3
將1mmol MgO，3.92mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.025mmol Eu2O3和0.0075mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在1300℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-5Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為40sccm，壓強調節為5.0Pa，襯底溫度為750℃，脈衝雷射能量300W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至300nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為MgZr3.92Sb6O24∶0.05Eu2+,0.03Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
實施例4
將1mmol CaO，3.96mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.015mmol Eu2O3和0.0025mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在1250℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為60mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至5.0×10-4Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為20sccm，壓強調節為3.0Pa，襯底溫度為500℃，脈衝雷射能量150W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至70nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為CaZr3.96Sb6O24∶0.03Eu2+,0.01Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
實施例5
將1mmol CaO，3.985mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.005mmol Eu2O3和0.00125mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在900℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為45mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為10sccm，壓強調節為0.5Pa，襯底溫度為250℃，脈衝雷射能量80W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至100nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為CaZr3.985Sb6O24∶0.01Eu2+,0.005Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
實施例6
將1mmol CaO，3.92mmol ZrO2，3mmol Sb2O5，0.025mmol Eu2O3和0.0075mmol Tb4O7粉體經過均勻混合後，在1300℃下燒結成尺寸為直徑50，厚度為2mm的陶瓷靶材，並將靶材裝入真空腔體內，將襯底為ITO玻璃，先後用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然後用蒸餾水衝洗乾淨，並用對其進行氧等離子處理，放入真空腔體。把靶材和襯底的距離設定為95mm，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-5Pa；採用氧氣作為工作氣流，工作氣流量為40sccm，壓強調節為5.0Pa，襯底溫度為750℃，脈衝雷射能量300W，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至250nm，取出樣品得到的銪鋱共摻雜鋯銻酸鹽發光薄膜的化學通式為CaZr3.92Sb6O24∶0.05Eu2+,0.03Tb3+。最後在發光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。