鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜、制備方法及其應(yīng)用與流程

鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜、制備方法及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】本發(fā)明涉及一種鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜、其制備方法、薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術(shù)：
薄膜電致發(fā)光顯示器(TFELD)由于其主動發(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，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)光的薄膜，是該課題的發(fā)展方向。但是，可應(yīng)用于薄膜電致發(fā)光顯示器的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，仍未見報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，有必要提供一種可應(yīng)用于薄膜電致發(fā)光器件的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜、其制備方法該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法。一種鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，其化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。在優(yōu)選的實施例中，鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的厚度為80nm～300nm。一種鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的制備方法，包括以下步驟：將襯底裝入化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，并將反應(yīng)室的真空度設(shè)置為1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa；調(diào)節(jié)襯底的溫度為250℃～650℃，轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘～1000轉(zhuǎn)/分鐘，采用氬氣氣流的載體，根據(jù)Al2O3:xTi4+，yMg2+各元素的化學(xué)計量比將三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂通入反應(yīng)室內(nèi)，及然后通入氧氣，進行化學(xué)氣相沉積得到鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜其化學(xué) 式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。在優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶(0.01～0.08)∶(0～0.06)；在更優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶0.05∶0.03，在優(yōu)選實施例中，氬氣氣流量為5～15sccm，氧氣氣流量為10～200sccm。一種薄膜電致發(fā)光器件，該薄膜電致發(fā)光器件包括依次層疊的襯底、陽極層、發(fā)光層以及陰極層，所述發(fā)光層的材料為鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。一種薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，包括以下步驟：提供具有陽極的襯底；在所述陽極上形成發(fā)光層，所述發(fā)光層的材料為鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06；在所述發(fā)光層上形成陰極。在優(yōu)選的實施例中，所述發(fā)光層的制備包括以下步驟：將襯底裝入化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，并將反應(yīng)室的真空度設(shè)置為1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa；調(diào)節(jié)襯底的溫度為250℃～650℃，轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘～1000轉(zhuǎn)/分鐘，采用氬氣氣流的載體，根據(jù)Al2O3:xTi4+，yMg2+各元素的化學(xué)計量比將三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂通入反應(yīng)室內(nèi)，其中，氬氣氣流量為5～15sccm，及然后通入氧氣，流量為10～200sccm；進行化學(xué)氣相沉積得到發(fā)光層化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。上述鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜(Al2O3:xTi4+，yMg2+)的電致發(fā)光光譜(EL)中，在410nm波長區(qū)都有很強的發(fā)光峰，能夠應(yīng)用于薄膜電致發(fā)光顯示 器中?！靖綀D說明】圖1為一實施方式的薄膜電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例1制備的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的電致發(fā)光譜圖；圖3為實施例1制備的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的XRD圖；圖4為實施例1制備的薄膜電致發(fā)光器件的電壓與電流和亮度關(guān)系圖。【具體實施方式】下面結(jié)合附圖和具體實施例對鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜、其制備方法和薄膜電致發(fā)光器件及其制備方法作進一步闡明。一實施方式的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，其化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。優(yōu)選的，鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的厚度為80nm～300nm，x為0.05，y為0.03。該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜中氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素。該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的電致發(fā)光光譜(EL)中，在410nm波長區(qū)都有很強的發(fā)光峰，能夠應(yīng)用于薄膜電致發(fā)光顯示器中。上述鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的制備方法，包括以下步驟：步驟S11、將襯底裝入化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，并將反應(yīng)室的真空度設(shè)置為1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa。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)；襯底先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入反應(yīng)室；優(yōu)選的，反應(yīng)室的真空度為4.0×10-3Pa。步驟S12、將襯底在600℃～800℃下熱處理10分鐘～30分鐘。步驟S13、調(diào)節(jié)襯底的溫度為250℃～650℃，轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘～1000轉(zhuǎn)/分 鐘，采用氬氣氣流的載體，根據(jù)Al2O3:xTi4+，yMg2+各元素的化學(xué)計量比將三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂通入反應(yīng)室內(nèi)；在優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶(0.01～0.08)∶(0～0.06)；在更優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶0.05∶0.03，在優(yōu)選實施例中，襯底的溫度優(yōu)選為500℃，襯底的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣氣流量為5～15sccm；更優(yōu)選實施例中，氬氣氣流量為10sccm；步驟S14、然后通入氧氣，進行化學(xué)氣相沉積得到鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜其化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。在優(yōu)選的實施例中，氧氣氣流量為10～200sccm，x為0.05，y為0.03。更優(yōu)選實施例中，氧氣氣流量為120sccm。步驟S15、沉積完畢后停止通入三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂及氬氣，繼續(xù)通入氧氣使鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的溫度降至80℃～150℃。本實施方式中，優(yōu)選的，使鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的溫度降至100℃?？梢岳斫猓襟ES12和步驟S15可以省略。請參閱圖1，一實施方式的薄膜電致發(fā)光器件100，該薄膜電致發(fā)光器件100包括依次層疊的襯底1、陽極2、發(fā)光層3以及陰極4。襯底1為玻璃襯底。陽極2為形成于玻璃襯底上的氧化銦錫(ITO)。發(fā)光層3的材料為鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中，氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。陰極4的材質(zhì)為銀(Ag)。上述薄膜電致發(fā)光器件的制備方法，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為形成于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先后用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗并用對其進行氧等離子處理。步驟S22、在陽極2上形成發(fā)光層3，發(fā)光層3的材料為鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜，該鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的化學(xué)式為Al2O3:xTi4+，yMg2+，其中氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素，0.01≤x≤0.08，0≤y≤0.06。本實施方式中，發(fā)光層3由以下步驟制得：首先，將襯底裝入化學(xué)氣相沉積設(shè)備的反應(yīng)室中，并將反應(yīng)室的真空度設(shè)置為1.0×10-2Pa～1.0×10-3Pa，再則、將襯底在600℃～800℃下熱處理10分鐘～30分鐘。也可以無需此步驟。其次，調(diào)節(jié)襯底的溫度為250℃～650℃，轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘～1000轉(zhuǎn)/分鐘，采用氬氣氣流的載體，根據(jù)Al2O3:xTi4+，yMg2+各元素的化學(xué)計量比將三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂通入反應(yīng)室內(nèi)；在優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶(0.01～0.08)∶(0～0.06)；在更優(yōu)選的實施例中，三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂摩爾比為1∶0.05∶0.03，在優(yōu)選實施例中，襯底的溫度優(yōu)選為500℃，襯底的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為300轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣氣流量為5～15sccm；更優(yōu)選實施例中，氬氣氣流量為10sccm；然后通入氧氣，進行化學(xué)氣相沉積薄膜在所述陽極上形成發(fā)光層。優(yōu)選實施例中，氧氣的流量優(yōu)選為10～200sccm；更優(yōu)選實施例中，氧氣氣流量為120sccm。最后、沉積完畢后停止通入三乙基鋁、四異丙醇鈦和二茂鎂及氬氣，繼續(xù)通入氧氣使鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的溫度降至80℃～150℃。本實施方式中，優(yōu)選的，使鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的溫度降至100℃。可以無需此步驟。步驟S23、在發(fā)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襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理20分鐘，然后溫度降為500℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.05∶0.03，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為10sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為120sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.05Ti4+，0.03Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。本實施例中得到的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的化學(xué)通式為Al2O3:0.05Ti4+，0.03Mg2+，其中氧化鋁是基質(zhì)，鈦元素和鎂元素是激活元素。請參閱圖2，圖2所示為得到的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的電致發(fā)光譜(EL)。由圖2可以看出，電致發(fā)光譜中，在410nm波長區(qū)都有很強的發(fā)光峰能夠應(yīng)用于薄膜電致發(fā)光顯示器中。請參閱圖3，圖3為實施例1制備的鈦鎂共摻雜氧化鋁發(fā)光薄膜的XRD曲線，測試對照標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片。從圖3中可以看出所有的衍射峰可看出所有的衍射峰都是對應(yīng)氧化鋁的結(jié)晶相，而且沒有摻雜元素及其它雜相出現(xiàn)，說明該制備方法得到的產(chǎn)品具有良好的結(jié)晶質(zhì)量。請參閱圖4，圖4為實施例1制備的薄膜電致發(fā)光器件的電壓與電流和亮度關(guān)系圖，在附圖4中曲線1是電壓與電流密度關(guān)系曲線，可看出器件從5.5V開始發(fā)光，曲線2是電壓與亮度關(guān)系曲線，最大亮度為79cd/m2，表明器件具有良好的發(fā)光特性。實施例2襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為250℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.08∶0.06，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為10sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為10sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至80nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.08Ti4+，0.06Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例3襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把襯底進行700℃熱處理30分鐘，然后溫度降為650℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al和四異丙醇鈦TTIP的摩爾比為1∶0.01，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為10sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為200sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至300nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.01Ti4+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例4襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為300℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.03∶0.02，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為20sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為100sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣， 溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.03Ti4+，0.02Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例5襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為300℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.04∶0.04，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為20sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為100sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.04Ti4+，0.04Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例6襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為300℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.02∶0.01，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為20sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為100sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.02Ti4+，0.01Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例7襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度 抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為300℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.06∶0.04，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為20sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為100sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.06Ti4+，0.04Mg2+。最后在發(fā)光薄膜上面蒸鍍一層Ag，作為陰極。實施例8襯底為ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超聲清洗5分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈，氮氣風(fēng)干后送入設(shè)備反應(yīng)室。用機械泵和分子泵把腔體的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把襯底進行700℃熱處理10分鐘，然后溫度降為300℃。打開旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)襯底托的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，通入有機源三乙基鋁(CH3CH2)3Al、四異丙醇鈦TTIP和二茂鎂(C5H5)2Mg的摩爾比為1∶0.07∶0.05，載氣氣體為氬氣，氬氣氣流量為20sccm。通入氧氣，氧氣氣流量為100sccm，開始薄膜的沉積。薄膜的厚度沉積至150nm，關(guān)閉有機源和載氣，繼續(xù)通氧氣，溫度降到100℃以下，取出樣品Al2O3:0.07Ti4+，0.05Mg2+。最后在發(fā)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(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。