鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜、其製備方法及有機電致發光器件的製作方法
2023-04-29 23:52:56 1
專利名稱：鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜、其製備方法及有機電致發光器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電發光薄膜領域，尤其涉及一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜及其製備方法。本發明還涉及一種使用該鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜作為發光層的有機電致發光器件。
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。目前，研究彩色及至全色TFELD，開發多波段發光的材料，是該課題的發展方向。二氧化鋯(ZrO2)具有熔點高、硬度大、耐磨性好、化學穩定性好、抗蝕性能優良等優點，在紅外防偽、液晶顯示器、冶金、航天航空、化工、環境、生物及醫學等領域已顯示了廣闊的應用前景，近來也成為了一類十分重要的發光基質材料。而目前利用摻雜氧化鋯製備成電致發光的薄膜，仍未見報導。
發明內容
本發明目的在於提供一種以氧化鋯為基質、鉺和鐿元素為主要發光中心的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜。本發明的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，其化學通式為Zri_m_n02:mEr3+，nYb3+ ;其中，Zr1^nO2為基質，Er (鉺)和Yb (鐿)為摻雜元素；m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008 ;優選，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。本發明的另一發明目的在於提供上述鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其製備工藝步驟如下步驟SI、靶材的製備按質量百分比99. 975 99. 9749%,O. 0078 O. 0234%,O. 0016 O. 0128%，分別稱取ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體，經過研磨混合均勻後，在900 1300°C下燒結，製成靶材；步驟S2、將步驟SI中的靶材和襯底裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa，優選真空度為5. OX 10_4Pa ；步驟S3、調整磁控濺射鍍膜工藝參數為基靶間距為45 95mm，優選60mm ;襯底溫度為250°C 750°C，優選500°C ;氬氣工作氣體的氣體流量10 35sccm，優選25sccm ；磁控濺射工作壓強O. 2 4Pa，優選2. OPa ;工藝參數調整完後，接著進行制膜，得到薄膜樣品;步驟S4、將步驟S3得到的薄膜樣品置於真空爐中，於500 800°C (優選600°C )、真空狀態下(即O. OlPa)退火處理I 3h (優選2h),得到化學通式為ZivnrnO2 :mEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008。
上述製備法中，步驟SI中，當ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體的質量百分比分別為99. 978%,O. 0156%和O. 0064%時;相應地，步驟S4中，m的取值為O. 01，n的取值為O. 004。本發明的又一目的在於提供一種有機電致發光器件，該器件為複合層狀結構，該複合層狀結構依次為襯底、陽極層、發光層以及陰極層；其中，發光層為鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜(該發光薄膜的化學通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，Zr1^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015,η的取值範圍為O. 001 O. 008 ;優選，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004);襯底為玻璃，陽極層為ΙΤ0，陰極層為Ag層，Ag層採用蒸鍍工藝製備在薄膜表面。本發明採用磁控濺射設備，製備鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，得到薄膜的電致發光光譜(EL)中,在652nm和673nm波長區都有很強的發光峰,是電致發光器件的發展材料。
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圖I為本發明鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備工藝流程圖；圖2是本發明有機電致發光器件的結構示意圖；圖3為實施例I製得的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的XRD圖；圖4是實施例I得到的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的電致發光光譜。
具體實施例方式本發明提供的一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，該鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜包含薄膜通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，ZiwnO2為基質，Er和Yb為摻雜元素；m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008 ;優選，m的取值為O. 01，η的取值為 O. 004。上述鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜製備方法，如圖I所示，其製備工藝如下步驟SI、靶材的製備按質量百分比99. 975 99. 9749%,O. 0078 O. 0234%,O. 0016 O. 0128%，分別稱取ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體，經過研磨混合均勻後，在900 13000C (優選1250°C )下燒結，自然冷卻，得到靶材樣品，將靶材樣品切割成直徑為50mm、厚度為2mm的祀材；步驟S2、將步驟SI中的靶材和襯底(如，玻璃)裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體，用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa，優選5. OX 10_4Pa ；步驟S3、調整磁控濺射鍍膜工藝參數為基靶間距為45 95mm，優選60mm ;襯底溫度為250°C 750°C，優選500°C ;氬氣工作氣體的氣體流量10 35sccm，優選25sccm ；磁控濺射工作壓強O. 2 4Pa，優選2. OPa ;工藝參數調整完畢後，接著進行制膜，得到薄膜樣品；步驟S4、將步驟S3得到的薄膜樣品置於真空爐中，於500 800°C (優選600°C )、真空狀態下(即O. OlPa)退火處理I 3h (優選2h),得到化學通式為ZivnrnO2 :mEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008。上述製備法步驟SI中，當ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體的質量百分比分別為99. 978 %、
O.0156%和O. 0064%時;相應地，步驟S4中，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。
本發明還提供一種有機電致發光器件，如圖2所示，該有機電致發光器件包括依次層疊的襯底I、陽極層2、發光層3以及陰極層4 ;其中，襯底I為玻璃，陽極層為ITO層，兩者合在一起即為ITO玻璃，可以購買獲得；發光層3為鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜層(該發光薄膜的化學通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，ZiwnO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008 ;優選，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004)，陰極層4為Ag層，Ag層採用蒸鍍工藝製備在鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜層表面。本發明採用磁控濺射設備，製備鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，得到薄膜的電致發光光譜(EL)中,在652nm和673nm波長區都有很強的發光峰,是電致發光器件的發展材料。下面結合附圖，對本發明的較佳實施例作進一步詳細說明。 實施例II、按照質量百分比，稱取粉體=ZrO2為99. 978 %、Er2O3為O. 0156 %、Yb2O3為O. 0064% ;這些粉體經過研磨混合均勻後，在1250°C下燒結，自然冷卻，得到靶材樣品，將靶材樣品切割成直徑為50mm、厚度為2mm的祀材；2、將靶材裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；3、先後用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗玻璃襯底，並對其進行氧等離子處理，完後放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；其中，靶材和玻璃的基靶間距設定為60mm ；4、用機械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設備的真空腔體的真空度抽到5. OXKT4Pa ；5、調整磁控濺射鍍膜工藝參數氬氣工作氣體流量為25SCCm ;磁控濺射工作壓強為2. OPa ;襯底溫度為500°C ;接著進行制膜，得到的薄膜樣品；6、將薄膜樣品在O. OlPa真空爐中退火2h，退火溫度為600°C，得到鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，即 Zra 986O2:0. OlEr3+, O. 004Yb3+。圖3為實施例I製得的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的XRD圖；從圖3可以看出，對照標準PDF卡片，衍射峰所示為單斜氧化鋯和四方的氧化鋯的晶向。圖4是實施例I得到的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的電致發光光譜(EL)圖。由圖4可知，得到薄膜的電致發光光譜(EL)中，在652nm和673nm波長區都有很強的發光峰，是電致發光器件的發展材料。實施例2I、、按照質量百分比，稱取粉體Zr02為99. 975%, Er2O3為O. 0234%, Yb2O3為
0.0016% ;這些粉體經過研磨混合均勻後，在900°C下燒結，自然冷卻，得到靶材樣品，將靶材樣品切割成直徑為50mm、厚度為2mm的祀材；2、將靶材裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；3、先後用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗玻璃，並對其進行氧等離子處理，完後放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；其中，靶材和玻璃的基靶間距設定為45mm ；4、用機械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設備的真空腔體的真空度抽到
1.OXKT3Pa ；5、調整磁控濺射鍍膜工藝參數氬氣工作氣體流量為IOsccm ;磁控濺射工作壓強為4Pa ;襯底溫度為250°C ;接著進行制膜，得到的薄膜樣品；
6、將薄膜樣品在O. OlPa真空爐中退火lh，退火溫度為500°C，得到鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，即 Zra 984O2:0. 015Er3+,0. OOlYb30實施例3I、按照質量百分比，稱取粉體=ZrO2為99. 9794 %、Er2O3為O. 0078%, Yb2O3為
0.0128% ;這些粉體經過研磨混合均勻後，在1300°C下燒結，自然冷卻，得到靶材樣品，將靶材樣品切割成直徑為50mm、厚度為2mm的祀材；2、將靶材裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；3、先後用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶玻璃襯底，並對其進行氧等離子處理，完後放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；其中，靶材和玻璃的基靶間距設定為95mm ； 4、用機械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設備的真空腔體的真空度抽到
1.OXKT5Pa ；5、調整磁控濺射鍍膜工藝參數氬氣工作氣體流量為35SCCm ;磁控濺射工作壓強為O. 2Pa ;襯底溫度為750°C ;接著進行制膜，得到的薄膜樣品；6、將薄膜樣品在O. OlPa真空爐中退火3h，退火溫度為800°C，得到鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，即 Zra 987O2:0. 005Er3+,0. 008Yb3+。實施例4實施例4中，一種電致發光器件的製備，以實施例I製得發光薄膜作為發光層材料；其中，該電致發光器件的襯底為玻璃，陽極層為ITO (氧化銦錫)，起導電作用，兩者合在一起，稱作ITO玻璃，可以購買獲得。I、按照質量百分比，稱取粉體=ZrO2為99. 978 %、Er2O3為O. 0156 %、Yb2O3為
O.0064% ;這些粉體經過研磨混合均勻後，在1250°C下燒結，自然冷卻，得到靶材樣品，將靶材樣品切割成直徑為50mm、厚度為2mm的祀材；2、將靶材裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；3、先後用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗ITO玻璃，並對其進行氧等離子處理，完後放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內；其中，靶材和ITO玻璃的基靶間距設定為60mm ；4、用機械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設備的真空腔體的真空度抽到5. OXKT4Pa ；5、調整磁控濺射鍍膜工藝參數氬氣工作氣體流量為25sCCm ;磁控濺射工作壓強為2. OPa ;襯底溫度為500°C ;接著進行制膜，得到的薄膜樣品；6、將薄膜樣品在O. OlPa真空爐中退火2h，退火溫度為700°C，得到鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，即 Zra 986O2:0. OlEr3+, O. 004Yb3+ ；7、採用蒸鍍技術，在步驟6中的發光薄膜表面蒸鍍Ag層，作為陰極層，製得有機電致發光器件。應當理解的是，上述針對本發明較佳實施例的表述較為詳細，並不能因此而認為是對本發明專利保護範圍的限制，本發明的專利保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，其特徵在於，該發光薄膜的化學通式為Zr1^nO2ImEr3+, nYb3+ , Zr1^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素；m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008。
2.根據權利要求I所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，其特徵在於，m的取值為O.01，η的取值為O. 004。
3.—種鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟SI，按質量百分比 99. 975 99. 9749%,O. 0078 O. 0234%,O. 0016 O. 0128%,分別稱取Zr02、Er2O3和Yb2O3粉體，經過研磨混合均勻後，在900 1300°C下燒結，製成靶材； 步驟S2，將步驟SI中得到的靶材以及襯底裝入磁控濺射鍍膜設備的真空腔體內，並將真空腔體的真空度設置在I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa之間； 步驟S3，調整磁控濺射鍍膜工藝參數為基靶間距為45 95mm，磁控濺射工作壓強O. 2 4Pa，氬氣工作氣體的流量10 35SCCm，襯底溫度為250°C 750°C ;接著進行制膜，得到薄膜樣品； 步驟S4，將步驟S3得到的薄膜樣品於500 800°C下真空退火處理I 3h，得到化學通式為ZiwnO2 = IiiEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008。
4.根據權利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其特徵在於，所述步驟SI中，當ZrO2 ,Er2O3和Yb2O3粉體的質量百分比分別為99. 978%,O. 0156%和O. 0064%時；相應地，步驟S4中，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。
5.根據權利要求3或4所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其特徵在於，所述步驟SI中，所述靶材製備的燒結溫度為1250°C。
6.根據權利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其特徵在於，所述步驟S2中，所述真空腔體的真空度設置在5. OX 10_4Pa。
7.根據權利要求3所述的制鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的備方法，其特徵在於，所述步驟S3中，所述基靶間距為60mm ;所述磁控濺射工作壓強為2. OPa ;所述氬氣工作氣體的流量為25SCCm ;所述襯底溫度為500°C。
8.根據權利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜的製備方法，其特徵在於，所述步驟S4中，所述真空退火處理中的退火溫度為600°C，退火時間為2h。
9.一種有機電致發光器件,該有機電致發光器件為複合層狀結構，該複合層狀結構依次為襯底、陽極層、發光層以及陰極層，其特徵在於，所述發光層為鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，該發光薄膜的化學通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，Irl^nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素，m的取值範圍為O. 005 O. 015，η的取值範圍為O. 001 O. 008。
10.根據權利要求9所述的有機電致發光器件，其特徵在於，m的取值為O.01，n的取值為 O. 004。
全文摘要
本發明屬於光電發光薄膜領域，其公開了一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜及其製備方法、有機電致發光器件；該發光薄膜的化學通式為Zr1-m-nO2:mEr3+，nYb3+；其中，Zr1-m-nO2為基質，Er和Yb為摻雜元素m的取值範圍為0.005～0.015，n的取值範圍為0.001～0.008。本發明採用磁控濺射設備，製備鉺鐿共摻雜氧化鋯發光薄膜，在652nm和673nm波長區都有很強的發光峰，是電致發光器件的發展材料。
文檔編號H05B33/14GK102952544SQ201110246778
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者周明傑, 王平, 陳吉星, 黃輝 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司