专利名称：氧化锌发光元件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种氧化锌发光元件及其制备方法。
背景技术：
在信息科学技术飞速发展的今天，人们对紫外光波段的材料、器件和技术的需求 越来越迫切。作为紫外光电子材料的代表，氧化锌是一种具有六方结构的自激活宽禁带半 导体材料，其在室温下的禁带宽度为3. 36eV，特别是它的激子结合能高达60meV，这一特性 使它具备了在室温甚至更高温度下工作的特点。此外，氧化锌还具有导电性好、化学性能稳 定、抗辐射能力强、容易成膜等优点。但是，目前的氧化锌薄膜仍存在发光亮度弱、发光效率 低等问题，因此，如何增强氧化锌薄膜的紫外发光强度一直是材料学和微电子学领域中半 导体发光材料研究的重要内容。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种发光强度高 的氧化锌发光元件。本发明进一步要解决的技术问题在于，还提供一种氧化锌发光元件的制备方法。为了达成上述目的，依据本发明的第一方面，提供一种氧化锌发光元件，包括氧化 锌薄膜，其特征在于，还包括位于所述氧化锌薄膜的表面上的金属层，所述金属层具有金属 微纳结构。在本发明所述的氧化锌发光元件中，优选地，所述金属层由银、金、铝、钼、钯、铜或 它们中两种或两种以上的合金制成。在本发明所述的氧化锌发光元件中，优选地，所述金属层的厚度为1 lOOnm。为了达成上述目的，依据本发明的第二方面，还提供一种氧化锌发光元件的制备 方法在氧化锌薄膜表面形成金属层，然后将氧化锌薄膜及金属层在真空环境下进行退火 处理，使金属层形成金属微纳结构。所述金属微纳结构与氧化锌薄膜之间形成表面等离子 体，通过表面等离子体效应，使氧化锌薄膜的内量子效率提高，即氧化锌薄膜的自发辐射增 强，从而增强氧化锌薄膜的紫外发光强度。在本发明所述的氧化锌发光元件的制备方法中，优选地，所述氧化锌薄膜通过溶 胶_凝胶法、磁控溅射法、脉冲激发沉积法、电子束蒸发法、化学气相沉积法或喷雾热分解 法制成。在本发明所述的氧化锌发光元件的制备方法中，优选地，所述金属层是将金属溅 射或蒸镀到氧化锌薄膜表面形成的。在本发明所述的氧化锌发光元件的制备方法中，优选地，所述退火处理为在真空 度彡1 X 10_3Pa的真空环境下于100 500°C退火15 180min，然后冷却至室温。在此，所
述真空度为绝对真空度，数值越小表示真空程度越高。在本发明所述的氧化锌发光元件的制备方法中，进一步优选地，所述退火处理为在真空度彡IX IO-4Pa的真空环境下于200 400°C退火30 150min，然后冷却至室温。表面等离子体(Surface Plasmon，SP)是一种沿金属和介质界面传播的波，其振 幅随离开界面的距离而呈指数衰减。当改变金属表面结构时，表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)的性质、色散关系、激发模式、耦合效应等都将产生重大变化。 SPPs引发的电磁场不仅能够限制光波在亚波长尺寸结构中的传播，而且能够产生和操控从 光频到微波波段的电磁辐射，实现对光传播的主动操控，增大发光材料的光学态密度和增 强其自发辐射速率。表面等离子体的耦合效应还可以大大提高发光材料的内量子效率，从 而提高材料的发光强度。 本发明的氧化锌发光元件通过在氧化锌薄膜表面形成具有金属微纳结构的金属 层，并在金属层与氧化锌薄膜之间形成了表面离子体，通过表面等离子体效应，氧化锌薄膜 的内量子效率大大提高，即自发辐射增强，从而显著增强了氧化锌薄膜的紫外发光强度。本发明的氧化锌发光元件的制备方法具有工艺简单、成体低廉、实用性强等特点， 制备的氧化锌发光元件在阴极射线激发下具有很高的紫外发光强度。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明实施例1制备的氧化锌发光元件与未设置金属层的氧化锌薄膜在阴 极射线激发下的发光光谱对比图，上述发光光谱的测试条件为电子束激发的加速电压为 5KV。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对 本发明进行进一步的详细说明。实施例1采用溶胶_凝胶法制备ZnO薄膜，接着利用磁控溅射设备在薄膜表面沉积厚度为 2nm的金属银层，然后将设置有银层的ZnO薄膜置于真空度为lX10_3Pa的真空环境下，在 300°C的温度下退火处理30min，最后冷却至室温，得到表面形成微纳结构的银层的氧化锌 发光元件。图1是本发明实施例1制备的氧化锌发光元件与未设置金属层的氧化锌薄膜在阴 极射线激发下的发光光谱对比图。如图1所示，1是未设置金属层的氧化锌薄膜的发光光 谱，2是本实施例的氧化锌发光元件的发光光谱，可以看出，本实施例的氧化锌发光元件的 紫外发光强度是氧化锌薄膜的2. 5倍，其紫外发光强度明显增强。实施例2采用磁控溅射方法制备ZnO薄膜，接着利用电子束蒸发设备在薄膜表面沉积厚度 为Inm的金属钯层，然后将设置有钯层的ZnO薄膜置于真空度为1 X 10_4Pa的真空环境下， 在200°C的温度下退火处理180min，最后冷却至室温，得到表面形成金属微纳结构的钯层 的氧化锌发光元件。实施例3采用脉冲激光沉积方法制备ZnO薄膜，接着利用磁控溅射设备在薄膜表面沉积厚度为25nm的金属钼层，然后将设置有钼层的ZnO薄膜置于真空度为lX10_5Pa的真空环境 下，在500°C的温度下退火处理15min，最后冷却至室温，得到表面形成金属微纳结构的钯 层的氧化锌发光元件。实施例4 采用电子束蒸发法制备ZnO薄膜，接着利用磁控溅射设备在薄膜表面沉积厚度为 50nm的金属铝层，然后将设置有铝层的ZnO薄膜置于真空度为1 X 10_6Pa的真空环境下，在 400°C的温度下退火处理60min，最后冷却至室温，得到表面形成金属微纳结构的铝层的氧 化锌发光元件。实施例5采用化学气相沉积法制备ZnO薄膜，接着利用电子束蒸发设备在薄膜表面沉积厚 度为75nm的金属铜层，然后将设置有铜层的ZnO薄膜置于真空度为0. 5X 10_3Pa的真空环 境下，在100°C的温度下退火处理120min，最后冷却至室温，得到表面形成金属微纳结构的 铜层的氧化锌发光元件。实施例6采用喷雾热分解法制备ZnO薄膜，接着利用磁控溅射设备在薄膜表面沉积厚度为 IOOnm的金属金层，然后将设置有金层的ZnO薄膜置于真空度为0. 5 X 10_4Pa的真空环境下， 在350°C的温度下退火处理90min，最后冷却至室温，得到表面形成金属微纳结构的金层的 氧化锌发光元件。以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例，不以任何方式限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，例如，本发明的氧化锌发光元 件中，制成具有金属微纳结构的金属层的金属除了可以是上述银、金、铝、钯、铜之外，也可 以是它们中两种或两种以上的合金，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种氧化锌发光元件，包括氧化锌薄膜，其特征在于，还包括位于所述氧化锌薄膜的表面上的金属层，所述金属层具有金属微纳结构。
2.根据权利要求1所述的氧化锌发光元件，其特征在于，所述金属层由银、金、铝、钼、 钯、铜或它们中两种或两种以上的合金制成。
3.根据权利要求1所述的氧化锌发光元件，其特征在于，所述金属层的厚度为1 IOOnm0
4.一种氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，在氧化锌薄膜表面形成金属层，然后 将氧化锌薄膜及金属层在真空环境下进行退火处理，使金属层形成金属微纳结构。
5.根据权利要求4所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述金属层由银、 金、铝、钼、钯、铜或它们中两种或两种以上的合金制成。
6.根据权利要求4所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述金属层厚度 为 1 lOOnm。
7.根据权利要求4 6任一项所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述氧 化锌薄膜通过溶胶_凝胶法、磁控溅射法、脉冲激发沉积法、电子束蒸发法、化学气相沉积 法或喷雾热分解法制成。
8.根据权利要求4 6任一项所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述金 属层是将金属溅射或蒸镀到氧化锌薄膜表面形成的。
9.根据权利要求4 6任一项所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述退 火处理为在真空度彡IXlO-3Pa的真空环境下于100 500°C退火15 180min，然后冷却 至室温。
10.根据权利要求9所述的氧化锌发光元件的制备方法，其特征在于，所述退火处理为 在真空度彡IX IQ-4Pa的真空环境下于200 400°C退火30 150min，然后冷却至室温。
全文摘要
本发明公开了一种氧化锌发光元件及其制备方法，氧化锌发光元件包括氧化锌薄膜，其特征在于，还包括位于所述氧化锌薄膜的表面上的金属层，所述金属层具有金属微纳结构。制备方法为在氧化锌薄膜表面形成金属层，然后将氧化锌薄膜及金属层在真空环境下进行退火处理，使金属层形成金属微纳结构。本发明的制备方法具有工艺简单、成本低廉、实用性强等特点，制备的氧化锌发光元件在阴极射线激发下具有很高的紫外发光强度。
文档编号C09K11/54GK101838532SQ20101916405
公开日2010年9月22日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者吕婷, 周明杰, 唐晶, 马文波 申请人:海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技术有限公司