專利名稱：氧化鋅發(fā)光元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鋅發(fā)光元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
在信息科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)紫外光波段的材料、器件和技術(shù)的需求 越來(lái)越迫切。作為紫外光電子材料的代表，氧化鋅是一種具有六方結(jié)構(gòu)的自激活寬禁帶半 導(dǎo)體材料，其在室溫下的禁帶寬度為3. 36eV，特別是它的激子結(jié)合能高達(dá)60meV，這一特性 使它具備了在室溫甚至更高溫度下工作的特點(diǎn)。此外，氧化鋅還具有導(dǎo)電性好、化學(xué)性能穩(wěn) 定、抗輻射能力強(qiáng)、容易成膜等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前的氧化鋅薄膜仍存在發(fā)光亮度弱、發(fā)光效率 低等問(wèn)題，因此，如何增強(qiáng)氧化鋅薄膜的紫外發(fā)光強(qiáng)度一直是材料學(xué)和微電子學(xué)領(lǐng)域中半 導(dǎo)體發(fā)光材料研究的重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種發(fā)光強(qiáng)度高 的氧化鋅發(fā)光元件。本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，還提供一種氧化鋅發(fā)光元件的制備方法。為了達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種氧化鋅發(fā)光元件，包括氧化 鋅薄膜，其特征在于，還包括位于所述氧化鋅薄膜的表面上的金屬層，所述金屬層具有金屬 微納結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件中，優(yōu)選地，所述金屬層由銀、金、鋁、鉬、鈀、銅或 它們中兩種或兩種以上的合金制成。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件中，優(yōu)選地，所述金屬層的厚度為1 lOOnm。為了達(dá)成上述目的，依據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供一種氧化鋅發(fā)光元件的制備 方法在氧化鋅薄膜表面形成金屬層，然后將氧化鋅薄膜及金屬層在真空環(huán)境下進(jìn)行退火 處理，使金屬層形成金屬微納結(jié)構(gòu)。所述金屬微納結(jié)構(gòu)與氧化鋅薄膜之間形成表面等離子 體，通過(guò)表面等離子體效應(yīng)，使氧化鋅薄膜的內(nèi)量子效率提高，即氧化鋅薄膜的自發(fā)輻射增 強(qiáng)，從而增強(qiáng)氧化鋅薄膜的紫外發(fā)光強(qiáng)度。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法中，優(yōu)選地，所述氧化鋅薄膜通過(guò)溶 膠_凝膠法、磁控濺射法、脈沖激發(fā)沉積法、電子束蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法或噴霧熱分解 法制成。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法中，優(yōu)選地，所述金屬層是將金屬濺 射或蒸鍍到氧化鋅薄膜表面形成的。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法中，優(yōu)選地，所述退火處理為在真空 度彡1 X 10_3Pa的真空環(huán)境下于100 500°C退火15 180min，然后冷卻至室溫。在此，所
述真空度為絕對(duì)真空度，數(shù)值越小表示真空程度越高。在本發(fā)明所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法中，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述退火處理為在真空度彡IX IO-4Pa的真空環(huán)境下于200 400°C退火30 150min，然后冷卻至室溫。表面等離子體(Surface Plasmon，SP)是一種沿金屬和介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ牟?，其?幅隨離開(kāi)界面的距離而呈指數(shù)衰減。當(dāng)改變金屬表面結(jié)構(gòu)時(shí)，表面等離子體激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)的性質(zhì)、色散關(guān)系、激發(fā)模式、耦合效應(yīng)等都將產(chǎn)生重大變化。 SPPs引發(fā)的電磁場(chǎng)不僅能夠限制光波在亞波長(zhǎng)尺寸結(jié)構(gòu)中的傳播，而且能夠產(chǎn)生和操控從 光頻到微波波段的電磁輻射，實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳播的主動(dòng)操控，增大發(fā)光材料的光學(xué)態(tài)密度和增 強(qiáng)其自發(fā)輻射速率。表面等離子體的耦合效應(yīng)還可以大大提高發(fā)光材料的內(nèi)量子效率，從 而提高材料的發(fā)光強(qiáng)度。 本發(fā)明的氧化鋅發(fā)光元件通過(guò)在氧化鋅薄膜表面形成具有金屬微納結(jié)構(gòu)的金屬 層，并在金屬層與氧化鋅薄膜之間形成了表面離子體，通過(guò)表面等離子體效應(yīng)，氧化鋅薄膜 的內(nèi)量子效率大大提高，即自發(fā)輻射增強(qiáng)，從而顯著增強(qiáng)了氧化鋅薄膜的紫外發(fā)光強(qiáng)度。本發(fā)明的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成體低廉、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)， 制備的氧化鋅發(fā)光元件在陰極射線激發(fā)下具有很高的紫外發(fā)光強(qiáng)度。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鋅發(fā)光元件與未設(shè)置金屬層的氧化鋅薄膜在陰 極射線激發(fā)下的發(fā)光光譜對(duì)比圖，上述發(fā)光光譜的測(cè)試條件為電子束激發(fā)的加速電壓為 5KV。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1采用溶膠_凝膠法制備ZnO薄膜，接著利用磁控濺射設(shè)備在薄膜表面沉積厚度為 2nm的金屬銀層，然后將設(shè)置有銀層的ZnO薄膜置于真空度為lX10_3Pa的真空環(huán)境下，在 300°C的溫度下退火處理30min，最后冷卻至室溫，得到表面形成微納結(jié)構(gòu)的銀層的氧化鋅 發(fā)光元件。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鋅發(fā)光元件與未設(shè)置金屬層的氧化鋅薄膜在陰 極射線激發(fā)下的發(fā)光光譜對(duì)比圖。如圖1所示，1是未設(shè)置金屬層的氧化鋅薄膜的發(fā)光光 譜，2是本實(shí)施例的氧化鋅發(fā)光元件的發(fā)光光譜，可以看出，本實(shí)施例的氧化鋅發(fā)光元件的 紫外發(fā)光強(qiáng)度是氧化鋅薄膜的2. 5倍，其紫外發(fā)光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。實(shí)施例2采用磁控濺射方法制備ZnO薄膜，接著利用電子束蒸發(fā)設(shè)備在薄膜表面沉積厚度 為Inm的金屬鈀層，然后將設(shè)置有鈀層的ZnO薄膜置于真空度為1 X 10_4Pa的真空環(huán)境下， 在200°C的溫度下退火處理180min，最后冷卻至室溫，得到表面形成金屬微納結(jié)構(gòu)的鈀層 的氧化鋅發(fā)光元件。實(shí)施例3采用脈沖激光沉積方法制備ZnO薄膜，接著利用磁控濺射設(shè)備在薄膜表面沉積厚度為25nm的金屬鉬層，然后將設(shè)置有鉬層的ZnO薄膜置于真空度為lX10_5Pa的真空環(huán)境 下，在500°C的溫度下退火處理15min，最后冷卻至室溫，得到表面形成金屬微納結(jié)構(gòu)的鈀 層的氧化鋅發(fā)光元件。實(shí)施例4 采用電子束蒸發(fā)法制備ZnO薄膜，接著利用磁控濺射設(shè)備在薄膜表面沉積厚度為 50nm的金屬鋁層，然后將設(shè)置有鋁層的ZnO薄膜置于真空度為1 X 10_6Pa的真空環(huán)境下，在 400°C的溫度下退火處理60min，最后冷卻至室溫，得到表面形成金屬微納結(jié)構(gòu)的鋁層的氧 化鋅發(fā)光元件。實(shí)施例5采用化學(xué)氣相沉積法制備ZnO薄膜，接著利用電子束蒸發(fā)設(shè)備在薄膜表面沉積厚 度為75nm的金屬銅層，然后將設(shè)置有銅層的ZnO薄膜置于真空度為0. 5X 10_3Pa的真空環(huán) 境下，在100°C的溫度下退火處理120min，最后冷卻至室溫，得到表面形成金屬微納結(jié)構(gòu)的 銅層的氧化鋅發(fā)光元件。實(shí)施例6采用噴霧熱分解法制備ZnO薄膜，接著利用磁控濺射設(shè)備在薄膜表面沉積厚度為 IOOnm的金屬金層，然后將設(shè)置有金層的ZnO薄膜置于真空度為0. 5 X 10_4Pa的真空環(huán)境下， 在350°C的溫度下退火處理90min，最后冷卻至室溫，得到表面形成金屬微納結(jié)構(gòu)的金層的 氧化鋅發(fā)光元件。以上所述僅為本發(fā)明的具有代表性的實(shí)施例，不以任何方式限制本發(fā)明，凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，例如，本發(fā)明的氧化鋅發(fā)光元 件中，制成具有金屬微納結(jié)構(gòu)的金屬層的金屬除了可以是上述銀、金、鋁、鈀、銅之外，也可 以是它們中兩種或兩種以上的合金，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種氧化鋅發(fā)光元件，包括氧化鋅薄膜，其特征在于，還包括位于所述氧化鋅薄膜的表面上的金屬層，所述金屬層具有金屬微納結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅發(fā)光元件，其特征在于，所述金屬層由銀、金、鋁、鉬、 鈀、銅或它們中兩種或兩種以上的合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅發(fā)光元件，其特征在于，所述金屬層的厚度為1 IOOnm0
4.一種氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，在氧化鋅薄膜表面形成金屬層，然后 將氧化鋅薄膜及金屬層在真空環(huán)境下進(jìn)行退火處理，使金屬層形成金屬微納結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述金屬層由銀、 金、鋁、鉬、鈀、銅或它們中兩種或兩種以上的合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述金屬層厚度 為 1 lOOnm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述氧 化鋅薄膜通過(guò)溶膠_凝膠法、磁控濺射法、脈沖激發(fā)沉積法、電子束蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積 法或噴霧熱分解法制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述金 屬層是將金屬濺射或蒸鍍到氧化鋅薄膜表面形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 6任一項(xiàng)所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述退 火處理為在真空度彡IXlO-3Pa的真空環(huán)境下于100 500°C退火15 180min，然后冷卻 至室溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氧化鋅發(fā)光元件的制備方法，其特征在于，所述退火處理為 在真空度彡IX IQ-4Pa的真空環(huán)境下于200 400°C退火30 150min，然后冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋅發(fā)光元件及其制備方法，氧化鋅發(fā)光元件包括氧化鋅薄膜，其特征在于，還包括位于所述氧化鋅薄膜的表面上的金屬層，所述金屬層具有金屬微納結(jié)構(gòu)。制備方法為在氧化鋅薄膜表面形成金屬層，然后將氧化鋅薄膜及金屬層在真空環(huán)境下進(jìn)行退火處理，使金屬層形成金屬微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，制備的氧化鋅發(fā)光元件在陰極射線激發(fā)下具有很高的紫外發(fā)光強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C09K11/54GK101838532SQ20101916405
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者呂婷, 周明杰, 唐晶, 馬文波 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司