一种调节氧化物半导体基质中Eu³⁺发光强度的方法

专利名称：一种调节氧化物半导体基质中Eu³⁺发光强度的方法
技术领域：
本发明涉及ー种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，属于制备稀土离子掺杂的氧化物半导体透明薄膜方法领域，具体为通过调节TiO2和SiO2溶胶配比来调节Eu3+掺杂的氧化物半导体薄膜的发光强度。
背景技术：
TiO2, SiO2以及它们的复合薄膜在光学薄膜及微电子学等领域得到了广泛的应用由于其高的热稳定性和化学稳定性、低的热膨胀系数和可调的折射率。尤其对TiO2-SiO2复合薄膜，由于其折射率可以在ー个较宽的范围内调节。因此，能够很方便地用来制备光波导薄膜及梯度折射率薄膜等。近年来，稀土离子掺杂的溶胶凝胶氧化物半导体物质的光学性 质由于其在激光材料、传感器、高密度的频域光存储和光纤通信放大器等方面的潜在应用得到了广泛的关注。因此，稀土离子掺杂的TiO2-SiO2复合薄膜的发光性质会由于TiO2和SiO2的耦合作用得到改善和增强，可能还会衍生出新的物理现象和可利用的新的功能。

发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出ー种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光強度的方法，以ー种制备エ艺简单易操作的溶胶凝胶法为实验方法，制备发光強度可调的稀土离子掺杂的氧化物半导体薄膜。技术方案ー种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，其特征在于步骤如下步骤I制备TiO2溶胶和SiO2溶胶制备TiO2溶胶将钛酸正四丁酯溶于无水こ醇中，在室温下搅拌O. 5^1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水和こ酰丙酮溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液；然后在搅拌中将B溶液滴加A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的TiO2溶胶；所述TiO2溶胶内物质摩尔比为Ti (OC4H9)4:こ酸(Η+) :Η20:こ酰丙酮=1:0. 25:6:0. 5 ;所述 TiO2 溶胶的浓度为 O. 4mol/L ；制备SiO2溶胶将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇和异丙醇混合，50°C水浴搅拌并滴加盐酸，继续搅拌疒3h得到透明稳定的SiO2溶胶；所述SiO2溶胶内物质的体积比为正娃酸こ酯去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15 ;所述盐酸的量为8滴/50ml ；步骤2制备Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶按照Ti0y(Ti02+Si02)=0. 2 I. O的比例混合两种TiO2和SiO2溶胶在室温下搅拌约I个小吋，再将稀土 Eu3+，按照Eu3+/(Ti02+Si02)的摩尔比I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5^1个小时得到Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；步骤3:将玻璃衬底烘干后，浸入制得的Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶中，采用垂直提拉镀膜法以recm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜；将凝胶膜在100°C下干燥，3000C飞50°C下预烧，再冷却至室温；步骤4 :重复步骤3镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于空气中500°C退火4 5小时，得到Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜。所述玻璃衬底依次用洗涤剂、稀盐酸、去离子水、丙酮、こ醇各自先浸泡广2个小时，然后超声波清洗1(Γ15分钟，并将洗好的玻璃衬底放入こ醇中。有益效果本发明提出的ー种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，在于关键确定合适的预烧温度及退火エ艺，通过选择溶胶体积不同配比调控Eu3+掺杂的氧化物半导体薄膜。通过采用混合两种溶胶的方法，实现了对Eu3+发光强度的调节，为以后实现稀土离子高强度发光薄膜的氧化物半导体器件的制备提供了ー种可能。


图I是本发明采用溶胶配制的流程图；图2是本发明制得的不同预烧温度下的不同比例混合的Eu3+掺杂的复合氧化物半导薄膜的光致发光图；图2a. 300°C预烧下Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜光致发光图；图2b. 400°C预烧下Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜光致发光图；图2c. 500°C预烧下Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜光致发光图；图2d. 550°C预烧下Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜光致发光图。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进ー步描述实施例ITiO2溶胶的制备以钛酸正四丁酯为原料，无水こ醇为溶剂，こ酰丙酮为螯合剤，以こ酸为催化剂，将原料溶于溶剂中，室温下搅拌O. 5 1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水、螯合剂(こ酰丙酮(AcAc))溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液。最后将B溶液滴加到強烈搅拌的A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的溶胶，溶胶内物质摩尔比为Ti (OC4H9) 4:催化剂(Η+) =H2O =AcAc=I: O. 25:6:0. 5，合成TiO2溶胶，溶胶的浓度为O. 4mol/L ；SiO2溶胶的制备将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇、异丙醇混合，50°C左右水浴搅拌并滴加几滴盐酸，继续搅拌疒3h得到透明稳定的溶胶，溶胶内物质的体积比为正硅酸こ酷去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15，盐酸的量为8滴/50ml ；Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶的制备按照TiOノ(Ti02+Si02)=0· 2,0. 5、0· 8和I. O的比例(总体积为50ml)直接混合溶胶在室温下搅拌约I个小时，再将一定量的稀土Eu3+，以Eu3+与(Ti02+Si02)的摩尔比为I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5 I个小时Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；用浸溃提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以r6Cm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜，每ー层薄膜经过100°C干燥l(Tl5min、30(TC温度下预烧15 20min，再冷却至室温后重复镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于500°C空气中退火4飞小时。美国PE公司的PE LS55荧光分光光度计测试结果显示样品在615nm处左右的发光强度从2. 046arb.unit 到 75. 684arb. unit 可调。实施例2TiO2溶胶的制备以钛酸正四丁酯为原料，无水こ醇为溶剂，こ酰丙酮为螯合剤，以こ酸为催化剂，将原料溶于溶剂中，室温下搅拌O. 5 1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水、螯合剂(こ酰丙酮(AcAc))溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液。最后将B溶液滴加到強烈搅拌的A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的溶胶，溶胶内物质摩尔比为Ti (OC4H9) 4:催化剂(Η+) =H2O =AcAc=I: O. 25:6:0. 5，合成TiO2溶胶，溶胶的浓度为O. 4mol/L ；SiO2溶胶的制备将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇、异丙醇混合，50°C左右水浴搅拌并滴加几滴盐酸，继续搅拌2 3h得到透明稳定的溶胶，溶胶内物质的体积比为正硅酸こ酷去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15，盐酸的量为8滴/50ml ； Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶的制备按照TiOノ(Ti02+Si02)=0· 2,0. 5、0· 8和I. O的比例(总体积为50ml)直接混合溶胶在室温下搅拌约I个小时，再将一定量的稀土Eu3+，以Eu3+与(Ti02+Si02)的摩尔比为I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5 I个小时Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；用浸溃提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以4cm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜，每ー层薄膜经过100°c干燥l(Tl5min、40(TC温度下预烧15 20min，再冷却至室温后重复镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于500°C空气中退火4飞小吋。美国PE公司的PE LS55荧光分光光度计测试结果显示样品在615nm处左右的发光强度从I. 58arb.unit 到 72. 924arb. unit 可调。实施例3TiO2溶胶的制备以钛酸正四丁酯为原料，无水こ醇为溶剂，こ酰丙酮为螯合剤，以こ酸为催化剂，将原料溶于溶剂中，室温下搅拌O. 5 1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水、螯合剂(こ酰丙酮(AcAc))溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液。最后将B溶液滴加到強烈搅拌的A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的溶胶，溶胶内物质摩尔比为Ti (OC4H9) 4:催化剂(Η+) =H2O =AcAc=I: O. 25:6:0. 5，合成TiO2溶胶，溶胶的浓度为O. 4mol/L ；SiO2溶胶的制备将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇、异丙醇混合，50°C左右水浴搅拌并滴加几滴盐酸，继续搅拌2 3h得到透明稳定的溶胶，溶胶内物质的体积比为正硅酸こ酷去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15，盐酸的量为8滴/50ml ；Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶的制备按照TiOノ(Ti02+Si02)=0· 2,0. 5、0· 8和I. O的比例(总体积为50ml)直接混合溶胶在室温下搅拌约I个小时，再将一定量的稀土Eu3+，以Eu3+与(Ti02+Si02)的摩尔比为I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5 I个小时Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；用浸溃提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以r6Cm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜，每ー层薄膜经过100°c干燥l(Tl5min、50(TC温度下预烧15 20min，再冷却至室温后重复镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于500°C空气中退火4飞小吋。美国PE公司的PE LS55荧光分光光度计测试结果显示样品在615nm处左右的发光强度从7. 76arb.unit 到 120. 556arb. unit 可调。实施例4TiO2溶胶的制备以钛酸正四丁酯为原料，无水こ醇为溶剂，こ酰丙酮为螯合剤，以こ酸为催化剂，将原料溶于溶剂中，室温下搅拌O. 5 1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水、螯合剂(こ酰丙酮(AcAc))溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液。最后将B溶液滴加到強烈搅拌的A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的溶胶，溶胶内物质摩尔比为Ti (OC4H9) 4:催化剂(Η+) =H2O =AcAc=I: O. 25:6:0. 5，合成TiO2溶胶，溶胶的浓度为O. 4mol/L ；SiO2溶胶的制备将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇、异丙醇混合，50°C左右水浴 搅拌并滴加几滴盐酸，继续搅拌疒3h得到透明稳定的溶胶，溶胶内物质的体积比为正硅酸こ酷去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15，盐酸的量为8滴/50ml ；Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶的制备按照TiOノ(Ti02+Si02)=0· 2,0. 5、0· 8和I. O的比例(总体积为50ml)直接混合溶胶在室温下搅拌约I个小时，再将一定量的稀土Eu3+，以Eu3+与(Ti02+Si02)的摩尔比为I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5 I个小时Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；用浸溃提拉镀膜法在洁净干燥的玻璃衬底上以r6Cm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜，每ー层薄膜经过100°c干燥l(Tl5min、55(TC温度下预烧15 20min，再冷却至室温后重复镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于500°C空气中退火4飞小时。美国PE公司的PE LS55荧光分光光度计测试结果显示样品在615nm处左右的发光强度从3. 589arb.unit 到 159. 812arb. unit 可调。
权利要求
1.ー种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，其特征在于步骤如下步骤I制备TiO2溶胶和SiO2溶胶制备TiO2溶胶将钛酸正四丁酯溶于无水こ醇中，在室温下搅拌O. 5^1个小时得到A溶液，然后将こ酸、去离子水和こ酰丙酮溶于无水こ醇中并在室温下超声1(Γ15分钟得到B溶液；然后在搅拌中将B溶液滴加A溶液中，滴加结束后再搅拌O. 5^1小时得到黄色清亮的TiO2溶胶；所述TiO2溶胶内物质摩尔比为Ti(OC4H9)4:こ酸(Η+) :Η20:こ酰丙酮=1:0. 25:6:0. 5 ;所述 TiO2 溶胶的浓度为 O. 4mol/L ；制备SiO2溶胶将正硅酸こ酷、去离子水、无水こ醇和异丙醇混合，50°C水浴搅拌并滴加盐酸，继续搅拌疒3h得到透明稳定的SiO2溶胶；所述SiO2溶胶内物质的体积比为正硅酸こ酯去离子水无水こ醇异丙醇=16:4:15:15 ;所述盐酸的量为8滴/50ml ；步骤2制备Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶按照TiO2/ (Ti02+Si02) =0. 2 I. O的比例混合两种TiO2和SiO2溶胶在室温下搅拌约I个小吋，再将稀土 Eu3+，按照Eu3+/(Ti02+Si02)的摩尔比I. 4%加入到上述溶胶中，继续搅拌O. 5^1个小时得到Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶，在室温下空气中静置2Γ48小时；步骤3 :将玻璃衬底烘干后，浸入制得的Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶中，采用垂直提拉镀膜法以recm/min的速度缓慢提拉得到凝胶膜；将凝胶膜在100°C下干燥，3000C飞50°C下预烧，再冷却至室温；步骤4:重复步骤3镀膜直至所需厚度，然后将制得的凝胶薄膜于空气中500°C退火4飞小时，得到Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜。
2.根据权利要求I所述调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，其特征在于所述玻璃衬底依次用洗涤剂、稀盐酸、去离子水、丙酮、こ醇各自先浸泡广2个小时，然后超声波清洗1(Γ15分钟，并将洗好的玻璃衬底放入こ醇中。
全文摘要
本发明涉及一种调节氧化物半导体基质中Eu3+发光强度的方法，其特征在于先制备TiO2溶胶和SiO2溶胶，将TiO2溶胶和SiO2溶胶制成混合溶液，再将稀土Eu3+，加入到上述溶胶中，将玻璃衬底烘干后，浸入制得的Eu3+掺杂的复合氧化物半导体溶胶中，采用垂直提拉镀膜法提拉得到凝胶膜；重复垂直提拉镀膜法直至所需厚度，得到Eu3+掺杂的复合氧化物半导体薄膜。本发明通过选择溶胶体积不同配比调控Eu3+掺杂的氧化物半导体薄膜。通过采用混合两种溶胶的方法，实现了对Eu3+发光强度的调节，为以后实现稀土离子高强度发光薄膜的氧化物半导体器件的制备提供了一种可能。
文档编号C09K11/79GK102827606SQ20121031059
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者赵小如, 孙慧楠, 史小龙, 关蒙萌 申请人:西北工业大学