固体电致发光

3.1 磁控溅射原理
3.1.2 溅射原理
溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量和动量交换的过程。 电子在电场的作用下加速飞 向基片的过程中与Ar原子发 生碰撞，电离出大量的Ar离 子和电子，电子飞向基片， 在此过程中不断和Ar原子碰 撞，产生更多的Ar离子和电 子。Ar离子在电场的作用下 加速轰击靶材，溅射出大量 的靶材原子，呈中性的靶原 子（或分子）沉积在基片上 成膜。
3.磁控溅射法简介
3.1 磁控溅射原理 3.2磁控溅射优点 3.2磁控溅射分类
3.1 磁控溅射原理
3.1.1 放电方式：直流辉光放电 低频交流辉光放电 射频辉光放电
直流辉光放电
右图为直 流辉光放 电的发光 区电位分 布及净空 间电荷沿 极间距的 分布图。
3.1 磁控溅射原理
低频交流辉光放电
在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够的活动能力 且有充分的时间，在每个半周期在各个电极上建立直流辉 光放电。其机理基本上与直流辉光放电相同。 射频辉光放电 射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电 离碰撞的能量，所以减小了放电对二次电子的依赖， 并且能有效降低击穿电压。 射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再 要求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放 电广泛用于介质的溅射。 频率在5～30MHz都称为射频频率。
3.3.1 射频（RF）磁控溅射
右图为射频磁控溅射实验装 置示意图。
射频磁控溅射的特点：
•电流大，溅射速率高，产量大 •膜层与基体的附着力比较强 •向基片的入射能量低，避免了 基片温度的过度升高 •装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、 匹配网络装置与安装、电极冷却 等多种装置部件 。
1-磁极 2-屏蔽罩 3-基片 4-基片加热装置 5-溅射靶 6-磁力线 7-电场 8-挡板 9-匹配网络 10-电源 11-射频发生器
基片
e -
E
Ar e -
+ Ar+
e -
+ Ar+ 靶材
V (<0)
3.2 磁控溅射优点
• 稳定性好 • 应用广泛
• 重复性好
• 均匀性好
– 金属
– 非金属
• 高速
• 低温
– 金属化合物
– 非金属化合物
3.3 磁控溅射分类
3.3.1 射频（RF）磁控溅射 3.3.2 直流（DC）磁控溅射
3.3.3 中频（MF）磁控溅射
中频（MF）磁控溅射
旋转靶的优点
• 靶材利用率最高可达 70% 以上 • 靶材有更长的使用寿命
• 更快的溅射速率 • 杜绝靶中毒现象
中频（MF）磁控溅射
中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象
三种磁控溅射对比
DC 电源价格 靶材 便宜 圆靶/矩形靶 MF 一般 RF 昂贵
平面靶/旋转靶 实验室一般用圆平面靶
SiO2基电致发光材料
• SiO2 :Ge 新型电致发光材料 用射频磁控溅射法观察到 Ge纳米镶嵌薄膜和Si纳米镶嵌薄膜的红光EL 峰位都在640nm左右 射频磁控法制备锗/氧化硅纳米多层薄膜
SiO2基电致发光材料
• SiO2 : Er Er3+4f层电子内部跃迁导致的1.54μm附近发 光峰恰好落在石英光纤吸收最小窗口，而且 Er发光波长基本上不依赖于基质和温度，用 电镀法将Er引入多孔硅中，然后将其高温氧 化成富硅氧化硅得到掺铒氧化硅1.54μm电致 发光。
ZnS基电致发光材料
• ZnS:Mn
研究最早，高亮度、高效率 发光带谱 540nm~680nm 橙黄色 以射频磁控溅射法制备了Mn的质量分数为0.45%的 ZnS:Mn薄膜电致发光器件 绝缘层为 Y2O3 近年来，以溶胶-凝胶法制备了ZnS:Mn薄膜电致发 光器件，绝缘层为 Ta2O5 发现576nm的发光峰，且700℃退火时发光层结晶 度最好，发光效率较高。
1-磁极 2-屏蔽罩 4-基片加热装置 6-磁力线 7-电场 3-基片 5-溅射靶 8-挡板
矩形平面靶： η～30%
直流（DC）磁控溅射
3.3.3中频（MF）磁控溅射
中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。 工业上一般使用孪生靶溅射系统。
中频（MF）磁控溅射 中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形
•大功率的射频电源价格较高 ，对 于人身防护也成问题 。
射频溅射不适于工业生产应用 。
3.3.2直流（DC）磁控溅射
直流磁控溅射的特点
直流磁控溅射装置图与射频磁 控溅射装置图相比，其不需要外部 复杂的网络匹配装置和昂贵的射频 电源装置，适合溅射导体或者半导 体材料。现已经在工业上大量使用 。
靶材
直流磁控溅射沉积薄膜一般 用平面靶。 圆形平面靶： η≤15%
固体电致发光
1.电致发光概念介绍
2.电致发光材料介绍 3.磁控溅射法简介 4.电致发光材料举例
5.无机电致发光材料前景
1.电致发光概念介绍
概念一 • 电流通过物质时或物质处于强电场下发光 的现象 概念二 • 电致发光现象是指电能直接转换为光能的 一类发光现象，包括注入式电致发光和本 征型电致发光。
蓝色电致发光材料 GaN
• 带隙宽、强化学键、耐高温、抗腐蚀 • 制作短波长高亮度发光器件、高温晶体管、 高功率晶体管和紫外光探测器的理想材料
5 无机电致发光材料研究重点
• 为了进一步优化器件性能，需要对载流子的产生、 电荷的运输和倍增、碰撞激发过程、发光中心的 重新复合特性等作深入的研究 • 为提高器件发光效率，对器件本身设计、膜的制 备方法等也需要深入研究 • 在三基色（R、G、B）中发蓝光的材料较少，应 努力寻找新的蓝光材料，提高发光效率
低场电致发光又称为注入式发光，主要是指半 导体发光二极管。
2.电致发光材料介绍
无百度文库电致发光材 料 从发光材料角 度
电 致 发 光 材 料
小分子 有机电致 发光材料 大分子
空穴注入层材料 从在OLED器件 空穴传输层材料 中的功能及器件 发光层材料 结构的不同分类 电子传输层材料 电子注入层材料
无机电致发光材料
靶材材质要求
抵御靶中毒能力 靶材利用率 应用
导体
弱 15％ / 30％ 金属
无限制
强 30％ / 70％ 金属/化合物
无限制
强
工业上不采用此法
易打弧，不稳定 工作稳定， 在反应溅射中要严格 无打弧现象， 控制反应气体流量 溅射速率快
4 电致发光材料举例
ZnS基电致发光材料
SiO2基电致发光材料
蓝色电致发光材料 GaN
• 在无机电致发光化合物中，目前主要的方 向是发展掺杂稀土元素的多色显示材料。 这种材料广泛用用于食品期间、音响设备 和测控仪器中。 • 优点：稳定性高 • 缺点：短波发光有待开发，作为显像管体 积太大，大面积平板显示器制作工艺上有 困难，发光颜色不易改变，很难提供全色 显示等。
无机电致发光材料 从发光材料角度 小分子 有机电致 发光材料 大分子
ZnS基电致发光材料
• ZnS:Tb 亮度仅次于ZnS:Mn，发光光谱很窄，峰值在 540nm附近，绿色 以射频磁控溅射法值得高亮度绿色ZnS:Tb薄 膜电致发光器件 磁射功率密度、衬底温度、退火温度分别为 4.39W/cm2、150℃、和550℃时，发光层的 结晶质量较好，最高亮度可达830cd/m2
电 致 发 光 材 料
空穴注入层材料 从在OLED器件中 空穴传输层材料 的功能及器件结 发光层材料 构的不同分类 电子传输层材料 电子注入层材料
• 有些发光材料本身具有空穴传输层或者电 子传输层功能，这样的发光材料也通常被 称为主发光体。 • 发光材料中少量掺杂的有机荧光或者磷光 燃料可以接受来自主发光体的能量转移和 经由载流子捕获的机制而发出不同颜色的 光，这样的掺杂发光通常被成为客发光体 或者掺杂发光体。
• 注入式电致发光：直接由装在晶体上的电 极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体 内再结合时，以光的形式释放出多余的能 量。 • 注入式电致发光的基本结构是结型（LED）
本征型电致发光：又分为高场电致发光与低场 电致发光。 高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入 的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速， 碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在恢复 到基态时辐射发光。