薄膜的电致发光器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电致发光领域，尤其涉及一种基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电致发光，又可称电场发光，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。
[0003]电致发光器件是以电致发光原理工作的，它由背面电极层、绝缘层、发光层、透明电极层和表面保护膜组成，利用发光材料在电场作用下产生光的特性，将电能转换为光能。
[0004]由于可以提供特定波长的不受温度影响的发光，基于稀土掺杂的宽禁带半导体材料的电致发光器件引起了广泛的关注。采用稀土掺杂的ZnS薄膜作为荧光体的薄膜电致发光器件(TFEL) —度引起了广泛的商用研宄(参考文献:V.Marrello and A.0nton，AppliedPhysics Letters 34，525 (1979) ；Y.R.Do, Y.C.Kim, S.H.Cho, J.H.Ahn and J.G.Lee,Applied Physics Letters 82，4172 (2003))。上述器件主要采用金属-绝缘体-半导体-绝缘体-金属的结构，电注入困难，工作电压较高。基于II1-V族半导体的稀土掺杂发光器件也已进行较多研宄(参考文献:Joo Han Kim, N.Shepherd，M.R.Davidson，andPaul H.Holloway, Applied Physics Letters 83，4279 (2003) ；D.S.Lee and A.J.Steckl,Applied Physics Letters 80，1888 (2002))，但其制备对真空设备要求较高，体系工作电压高，且其中不可或缺的Ga和In面临着资源稀缺的限制。因此，探索其它具有资源优势、制备简单的稀土掺杂半导体发光器件具有重要的现实意义。
[0005]在1102中存在多种缺陷，其中有些缺陷，如氧空位，可作为载流子福射复合的途径，成为发光中心。同时较低的声子能量(< 700cm—1)使得T12中电子非福射跃迀的几率较低，且易于实现载流子的注入和传输。申请号为200710070055.X的发明专利公开了一种电致发光器件及其制备方法，由硅衬底、自下往上依次在硅衬底正面沉积的TiCV薄膜和ITO电极以及硅衬底背面沉积的欧姆接触电极组成，实现了硅衬底上的二氧化钛的电致发光。
[0006]有研宄表明，已实现掺TnuEr或Eu的T12的光致发光，和基于能量传递的电致发光，但基于碰撞离化的高强度稀土掺杂Ticv薄膜的电致发光器件还未见诸报道。
[0007]对于常规的基于热载流子碰撞激发稀土发光中心的电致发光器件而言，需要高电场和相对很高的电压来激发器件发光，在已有的报道中，基于碰撞离化的电致发光器件的发光驱动电压在三十到二百多伏，驱动电压较高。
【发明内容】
[0008]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于公开一种基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件及其制备方法，本发明的电致发光器件是一种可在低电压(< 10V)下有效激发的基于碰撞激发稀土离子的发光器件。
[0009]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0010]一种基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件，包括硅衬底、发光层以及第一电极层和第二电极层，所述发光层为掺杂Tm、Er或Eu的T1f薄膜，其特征在于，所述硅衬底和发光层之间设有SiCV薄膜。
[0011 ] 本发明的基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件的电致发光是源自于碰撞激发机制。在这种情况下，发光层中的电子可以得到足够的能量来激发其中的RE3+离子(稀土离子)发光。
[0012]当第一电极层接正电压，而硅衬底背面的第二电极层接负电压时，由于SiCV薄膜的电阻比TiCV薄膜的电阻大，大部分施加在器件上的偏压降落在S12薄膜上，当施加足够高的偏压时，电子通过隧穿机制从衬底注入到SiCV薄膜中，并在S12薄膜的电场中加速，一部分电子将得到足够高的动能成为所谓的“热电子”，随后，这部分热电子进入到TiCV薄膜中并直接碰撞激发其中的RE3+离子，产生RE 3+离子的特征发光。
[0013]在常规的电致发光器件中，热载流子的产生和对稀土离子的碰撞激发通常都是在单一的发光层中进行的，施加在发光层的电场需要高达I?3MV/cm以有效的产生热载流子，为产生如此高的电场，施加在电致发光器件上的驱动电压一般要在数十伏乃至220V。相较之下本发明的基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件中，热载流子(电子)的产生是发生在SiCV薄膜中的，而对RE 3+离子的碰撞激发是发生在T1 2薄膜中的，电子在S1 2薄膜中加速，数伏的偏压足够在SiCV薄膜中产生热电子。因此本发明的基于稀土掺杂T12薄膜的电致发光器件大大降低了其驱动电压。
[0014]在采用相同的发光层时，SiCV薄膜的厚度对电致发光器件的发光强度影响较大，当S12薄膜的厚度过小时，施加在此层上的电压较低，这种情况下能够加速到足以激发RE3+离子的电子的数量大为减少，结果造成只有极少的RE3+离子能够被碰撞激发，产生的电致发光也就非常弱。所以优选的，所述SiCV薄膜的厚度为5?30nm。
[0015]所述发光层的厚度为60?150nm。
[0016]所述发光层的掺杂浓度为:0.5?2%。
[0017]所述硅衬底为N型或P型〈100〉硅片。
[0018]优选的，硅片的电阻率约为0.001欧姆?厘米、尺寸为15X 15mm2、厚度为625微米。
[0019]本发明还公开了基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件的制备方法，包括以下步骤:在硅衬底正面通过热氧化法制备SiCV薄膜；由下向上依次在S12薄膜上通过磁控溅射法沉积掺杂Tm、Er或Eu的TiCV薄膜和直流溅射法沉积第一电极层；在硅衬底背面通过直流溅射法沉积第二电极层。
[0020]优选的，热氧化的温度为1100°C，热氧化处理时间为6?14min。
[0021]本发明还提供了基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件的发光方法:在第一电极层和第二电极层之间施加8.0?9.0伏特的电压。
[0022]本发明的有益效果在于:
[0023]本发明提供的电致发光器件为S12-T12-RE(RE = Tm、Er、Eu)双层结构，电子可以在SiCV薄膜的电场中加速形成热载流子，使得本发明的基于稀土掺杂T12薄膜的电致发光器件可以在较低的正向偏压下激发发光，所发出的光为Tm3+、Er3+或Eu 3+稀土离子在可见光区及红外区的特征发光。
【附图说明】
[0024]图1为本发明基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件的结构示意图；
[0025]图2为实施例1的电致发光器件在不同电压下的发光谱图；
[0026]图3为实施例2的电致发光器件在不同电压下的可见光区的发光谱图；
[0027]图4为实施例2的电致发光器件在不同电压下的红外光区的发光谱图；
[0028]图5为实施例3的电致发光器件在不同电压下的发光谱图；
[0029]图6为实施例4的电致发光器件在不同电压下的发光谱图；
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，一种基于稀土掺杂TiCV薄膜的电致发光器件，包括硅衬底1，硅衬底I正面的SiCV薄膜2，S12薄膜上依次沉积有发光层3和第一电极层4，硅衬底I背面沉积有第二电极层5。
[0031]实施例1
[0032](I)取电阻率约为0.001欧姆?厘米、尺寸为15X 15mm2、厚度625微米的N型〈100〉硅片作为硅衬底，清洗后，将硅片置于温度1100°C、充满流动氧气的热处理炉中处理8min，得到厚度为20nm的SiCV薄膜。
[0033](2)将表面有SiCV薄膜