專利名稱：鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜、其制備方法及有機(jī)電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電發(fā)光薄膜領(lǐng)域，尤其涉及一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜及其制備方法。本發(fā)明還涉及一種使用該鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜作為發(fā)光層的有機(jī)電致發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
薄膜電致發(fā)光顯示器(TFELD)由于其主動(dòng)發(fā)光、全固體化、耐沖擊、反應(yīng)快、視角大、適用溫度寬、工序簡單等優(yōu)點(diǎn)，已引起了廣泛的關(guān)注，且發(fā)展迅速。目前，研究彩色及至全色TFELD，開發(fā)多波段發(fā)光的材料，是該課題的發(fā)展方向。二氧化鋯(ZrO2)具有熔點(diǎn)高、硬度大、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在紅外防偽、液晶顯示器、冶金、航天航空、化工、環(huán)境、生物及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域已顯示了廣闊的應(yīng)用前景，近來也成為了一類十分重要的發(fā)光基質(zhì)材料。而目前利用摻雜氧化鋯制備成電致發(fā)光的薄膜，仍未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種以氧化鋯為基質(zhì)、鉺和鐿元素為主要發(fā)光中心的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜。本發(fā)明的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，其化學(xué)通式為Zri_m_n02:mEr3+，nYb3+ ;其中，Zr1^nO2為基質(zhì)，Er (鉺)和Yb (鐿)為摻雜元素；m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008 ;優(yōu)選，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供上述鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備方法，其制備工藝步驟如下步驟SI、靶材的制備按質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在900 1300°C下燒結(jié)，制成靶材；步驟S2、將步驟SI中的靶材和襯底裝入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體，用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa，優(yōu)選真空度為5. OX 10_4Pa ；步驟S3、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)為基靶間距為45 95mm，優(yōu)選60mm ;襯底溫度為250°C 750°C，優(yōu)選500°C ;氬氣工作氣體的氣體流量10 35sccm，優(yōu)選25sccm ；磁控濺射工作壓強(qiáng)O. 2 4Pa，優(yōu)選2. OPa ;工藝參數(shù)調(diào)整完后，接著進(jìn)行制膜，得到薄膜樣品;步驟S4、將步驟S3得到的薄膜樣品置于真空爐中，于500 800°C (優(yōu)選600°C )、真空狀態(tài)下(即O. OlPa)退火處理I 3h (優(yōu)選2h),得到化學(xué)通式為ZivnrnO2 :mEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008。
上述制備法中，步驟SI中，當(dāng)ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體的質(zhì)量百分比分別為99. 978%,O. 0156%和O. 0064%時(shí);相應(yīng)地，步驟S4中，m的取值為O. 01，n的取值為O. 004。本發(fā)明的又一目的在于提供一種有機(jī)電致發(fā)光器件，該器件為復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)依次為襯底、陽極層、發(fā)光層以及陰極層；其中，發(fā)光層為鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜(該發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，Zr1^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015,η的取值范圍為O. 001 O. 008 ;優(yōu)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層采用蒸鍍工藝制備在薄膜表面。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，得到薄膜的電致發(fā)光光譜(EL)中,在652nm和673nm波長區(qū)都有很強(qiáng)的發(fā)光峰,是電致發(fā)光器件的發(fā)展材料。


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圖I為本發(fā)明鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備工藝流程圖；圖2是本發(fā)明有機(jī)電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實(shí)施例I制得的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的XRD圖；圖4是實(shí)施例I得到的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的電致發(fā)光光譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，該鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜包含薄膜通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，ZiwnO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素；m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008 ;優(yōu)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(fā)光薄膜制備方法，如圖I所示，其制備工藝如下步驟SI、靶材的制備按質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在900 13000C (優(yōu)選1250°C )下燒結(jié)，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(shè)備的真空腔體，用機(jī)械泵和分子泵把腔體的真空度抽至I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa，優(yōu)選5. OX 10_4Pa ；步驟S3、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)為基靶間距為45 95mm，優(yōu)選60mm ;襯底溫度為250°C 750°C，優(yōu)選500°C ;氬氣工作氣體的氣體流量10 35sccm，優(yōu)選25sccm ；磁控濺射工作壓強(qiáng)O. 2 4Pa，優(yōu)選2. OPa ;工藝參數(shù)調(diào)整完畢后，接著進(jìn)行制膜，得到薄膜樣品；步驟S4、將步驟S3得到的薄膜樣品置于真空爐中，于500 800°C (優(yōu)選600°C )、真空狀態(tài)下(即O. OlPa)退火處理I 3h (優(yōu)選2h),得到化學(xué)通式為ZivnrnO2 :mEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008。上述制備法步驟SI中，當(dāng)ZrO2, Er2O3和Yb2O3粉體的質(zhì)量百分比分別為99. 978 %、
O.0156%和O. 0064%時(shí);相應(yīng)地，步驟S4中，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。
本發(fā)明還提供一種有機(jī)電致發(fā)光器件，如圖2所示，該有機(jī)電致發(fā)光器件包括依次層疊的襯底I、陽極層2、發(fā)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(fā)光層3為鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜層(該發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，ZiwnO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008 ;優(yōu)選，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004)，陰極層4為Ag層，Ag層采用蒸鍍工藝制備在鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜層表面。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，得到薄膜的電致發(fā)光光譜(EL)中,在652nm和673nm波長區(qū)都有很強(qiáng)的發(fā)光峰,是電致發(fā)光器件的發(fā)展材料。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例II、按照質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在1250°C下燒結(jié)，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(shè)備的真空腔體內(nèi)；3、先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗玻璃襯底，并對其進(jìn)行氧等離子處理，完后放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；其中，靶材和玻璃的基靶間距設(shè)定為60mm ；4、用機(jī)械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體的真空度抽到5. OXKT4Pa ；5、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)氬氣工作氣體流量為25SCCm ;磁控濺射工作壓強(qiáng)為2. OPa ;襯底溫度為500°C ;接著進(jìn)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(fā)光薄膜，即 Zra 986O2:0. OlEr3+, O. 004Yb3+。圖3為實(shí)施例I制得的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的XRD圖；從圖3可以看出，對照標(biāo)準(zhǔn)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(shí)施例I得到的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的電致發(fā)光光譜(EL)圖。由圖4可知，得到薄膜的電致發(fā)光光譜(EL)中，在652nm和673nm波長區(qū)都有很強(qiáng)的發(fā)光峰，是電致發(fā)光器件的發(fā)展材料。實(shí)施例2I、、按照質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在900°C下燒結(jié)，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(shè)備的真空腔體內(nèi)；3、先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗玻璃，并對其進(jìn)行氧等離子處理，完后放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；其中，靶材和玻璃的基靶間距設(shè)定為45mm ；4、用機(jī)械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體的真空度抽到
1.OXKT3Pa ；5、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)氬氣工作氣體流量為IOsccm ;磁控濺射工作壓強(qiáng)為4Pa ;襯底溫度為250°C ;接著進(jìn)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(fā)光薄膜，即 Zra 984O2:0. 015Er3+,0. OOlYb30實(shí)施例3I、按照質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在1300°C下燒結(jié)，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(shè)備的真空腔體內(nèi)；3、先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗帶玻璃襯底，并對其進(jìn)行氧等離子處理，完后放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；其中，靶材和玻璃的基靶間距設(shè)定為95mm ； 4、用機(jī)械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體的真空度抽到
1.OXKT5Pa ；5、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)氬氣工作氣體流量為35SCCm ;磁控濺射工作壓強(qiáng)為O. 2Pa ;襯底溫度為750°C ;接著進(jìn)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(fā)光薄膜，即 Zra 987O2:0. 005Er3+,0. 008Yb3+。實(shí)施例4實(shí)施例4中，一種電致發(fā)光器件的制備，以實(shí)施例I制得發(fā)光薄膜作為發(fā)光層材料；其中，該電致發(fā)光器件的襯底為玻璃，陽極層為ITO (氧化銦錫)，起導(dǎo)電作用，兩者合在一起，稱作ITO玻璃，可以購買獲得。I、按照質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在1250°C下燒結(jié)，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(shè)備的真空腔體內(nèi)；3、先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗ITO玻璃，并對其進(jìn)行氧等離子處理，完后放入磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體內(nèi)；其中，靶材和ITO玻璃的基靶間距設(shè)定為60mm ；4、用機(jī)械泵和分子泵把磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空腔體的真空度抽到5. OXKT4Pa ；5、調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)氬氣工作氣體流量為25sCCm ;磁控濺射工作壓強(qiáng)為2. OPa ;襯底溫度為500°C ;接著進(jìn)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(fā)光薄膜，即 Zra 986O2:0. OlEr3+, O. 004Yb3+ ；7、采用蒸鍍技術(shù)，在步驟6中的發(fā)光薄膜表面蒸鍍Ag層，作為陰極層，制得有機(jī)電致發(fā)光器件。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對本發(fā)明較佳實(shí)施例的表述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，其特征在于，該發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Zr1^nO2ImEr3+, nYb3+ , Zr1^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素；m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，其特征在于，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(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟SI，按質(zhì)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(jīng)過研磨混合均勻后，在900 1300°C下燒結(jié)，制成靶材； 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(shè)備的真空腔體內(nèi)，并將真空腔體的真空度設(shè)置在I. OX 10_3Pa I. OX 10_5Pa之間； 步驟S3，調(diào)整磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)為基靶間距為45 95mm，磁控濺射工作壓強(qiáng)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(jìn)行制膜，得到薄膜樣品； 步驟S4，將步驟S3得到的薄膜樣品于500 800°C下真空退火處理I 3h，得到化學(xué)通式為ZiwnO2 = IiiEr3+, nYb3+的所述鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜；其中，Zr1^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，當(dāng)ZrO2 ,Er2O3和Yb2O3粉體的質(zhì)量百分比分別為99. 978%,O. 0156%和O. 0064%時(shí)；相應(yīng)地，步驟S4中，m的取值為O. 01，η的取值為O. 004。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述靶材制備的燒結(jié)溫度為1250°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述真空腔體的真空度設(shè)置在5. OX 10_4Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的備方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述基靶間距為60mm ;所述磁控濺射工作壓強(qiáng)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(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜的制備方法，其特征在于，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(shí)間為2h。
9.一種有機(jī)電致發(fā)光器件,該有機(jī)電致發(fā)光器件為復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)依次為襯底、陽極層、發(fā)光層以及陰極層，其特征在于，所述發(fā)光層為鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，該發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Zr1InO2 = HiEr3+, nYb3+ ;其中，Irl^nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素，m的取值范圍為O. 005 O. 015，η的取值范圍為O. 001 O. 008。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有機(jī)電致發(fā)光器件，其特征在于，m的取值為O.01，n的取值為 O. 004。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電發(fā)光薄膜領(lǐng)域，其公開了一種鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜及其制備方法、有機(jī)電致發(fā)光器件；該發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Zr1-m-nO2:mEr3+，nYb3+；其中，Zr1-m-nO2為基質(zhì)，Er和Yb為摻雜元素m的取值范圍為0.005～0.015，n的取值范圍為0.001～0.008。本發(fā)明采用磁控濺射設(shè)備，制備鉺鐿共摻雜氧化鋯發(fā)光薄膜，在652nm和673nm波長區(qū)都有很強(qiáng)的發(fā)光峰，是電致發(fā)光器件的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者周明杰, 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(shù)有限公司