一种碱土氮硅酸盐发光材料、制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种碱土氮硅酸盐发光材料、其制备方法、碱土氮硅酸盐发光薄膜、其制备方法、薄膜电致发光器件及其制备方法。

背景技术：

薄膜电致发光显示器(TFELD)由于其主动发光、全固体化、耐冲击、反应快、视角大、适用温度宽、工序简单等优点，已引起了广泛的关注，且发展迅速。目前，研究彩色及至全色TFELD，开发多波段发光的材料，是该课题的发展方向。但是，可应用于薄膜电致发光显示器的碱土氮硅酸盐发光材料，仍未见报道。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种碱土氮硅酸盐发光材料，其化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素。

一种碱土氮硅酸盐发光材料的制备方法，包括以下步骤：

根据Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺各元素的化学计量比称取，其中，x为0.01～0.05，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种；及

有机金属源分别选用环戊二烯碱土盐(C₅H₅)₂Me、硅烷SiH₄和甲基二茂锰(MCp)，其摩尔比为(1-x)：2：x，

用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，衬底进行700℃热处理10～30分钟，调节衬底托的转速为50～1000转/分，通入载气Ar气，气流量为5～15sccm，然后通入氧气，流量为10～200sccm，开始薄膜的沉积，得到化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺的材料；

一种碱土氮硅酸盐发光薄膜，该碱土氮硅酸盐发光薄膜的材料的化学通式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素；

一种碱土氮硅酸盐发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

根据Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺各元素的化学计量比称取，其中，x为0.01～0.05，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种；及

有机金属源分别选用环戊二烯碱土盐(C₅H₅)₂Me、硅烷SiH₄和甲基二茂锰(MCp)，其摩尔比为(1-x)：2：x，

用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，衬底进行700℃热处理10～30分钟，调节衬底托的转速为50～1000转/分，通入载气Ar气，气流量为5～15sccm，然后通入氧气，流量为10～200sccm，开始薄膜的沉积，得到化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺的薄膜。

一种薄膜电致发光器件，该薄膜电致发光器件包括依次层叠的衬底、阳极层、发光层以及阴极层，所述发光层的材料为碱土氮硅酸盐发光材料，该碱土氮硅酸盐发光材料的化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素；

一种薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

提供具有阳极的衬底；

在所述阳极上形成发光层，所述发光层的材料为碱土氮硅酸盐发光材料，该碱土氮硅酸盐发光材料的化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素；

在所述发光层上形成阴极；

一种薄膜电致发光器件的制备方法，发光层的制备包括以下步骤：

根据Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺各元素的化学计量比称取，其中，x为0.01～0.05，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种；及

有机金属源分别选用环戊二烯碱土盐(C₅H₅)₂Me、硅烷SiH₄和甲基二茂锰(MCp)，其摩尔比为(1-x)：2：x，

用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，衬底进行700℃热处理10～30分钟，调节衬底托的转速为50～1000转/分，通入载气Ar气，气流量为5～15sccm，然后通入氧气，流量为10～200sccm，开始薄膜的沉积，得到化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺的材料。

上述碱土氮硅酸盐发光材料(Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺)制成的发光薄膜的电致发光光谱(EL)中，在655nm波长区都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

【附图说明】

图1为一实施方式的薄膜电致发光器件的结构示意图；

图2为实施例1制备的碱土氮硅酸盐发光薄膜的电致发光谱图；

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对碱土氮硅酸盐发光材料、其制备方法、碱土氮硅酸盐发光薄膜、其制备方法、薄膜电致发光器件及其制备方法进一步阐明。

一实施方式的碱土氮硅酸盐发光材料，其化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素。

优选的，x为0.05。

该碱土氮硅酸盐发光材料中Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺是基质，Mn²⁺离子是激活元素。该碱土氮硅酸盐发光材料制成的发光薄膜的电致发光光谱(EL)中，在655nm波长区都有很强的发光峰，能够应用于薄膜电致发光显示器中。

上述碱土氮硅酸盐发光材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S11、根据Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺各元素的化学计量比称取，其中，x为0.01～0.05，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种。

步骤S12、有机金属源分别选用环戊二烯碱土盐(C₅H₅)₂Me、硅烷SiH₄和甲基二茂锰(MCp)，其摩尔比为(1-x)：2：x，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，衬底进行700℃热处理10～30分钟，调节衬底托的转速为50～1000转/分，通入载气Ar气，气流量为5～15sccm，然后通入氧气，流量为10～200sccm，开始薄膜的沉积，得到化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺的材料。

请参阅图1，一实施方式的薄膜电致发光器件100，该薄膜电致发光器件100包括依次层叠的衬底1、阳极2、发光层3以及阴极4。

衬底1为玻璃衬底。阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟锡(ITO)。发光层3的材料为碱土氮硅酸盐发光材料，该碱土氮硅酸盐发光材料的化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素。阴极4的材质为银(Ag)。

上述薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S31、提供具有阳极2的衬底1。

本实施方式中，衬底1为玻璃衬底，阳极2为形成于玻璃衬底上的氧化铟锡(ITO)。具有阳极2的衬底1先后用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗并用对其进行氧等离子处理。

步骤S32、在阳极2上形成发光层3，发光层3的材料为碱土氮硅酸盐发光材料，该碱土氮硅酸盐发光材料的化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺，其中，x为0.01～0.08，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种，Mn²⁺离子是激活元素。

本实施方式中，发光层3由以下步骤制得：

首先，将根据Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺各元素的化学计量比称取，其中，x为0.01～0.05，Me选自镁元素，钙元素，锶元素，钡元素中至少一种。

其次，有机金属源分别选用环戊二烯碱土盐(C₅H₅)₂Me、硅烷SiH₄和甲基二茂锰(MCp)，其摩尔比为(1-x)：2：x。

然后，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10^-2Pa～1.0×10^-3Pa，衬底进行700℃热处理10～30分钟，调节衬底托的转速为50～1000转/分，通入载气Ar气，气流量为5～15sccm，然后通入氧气，流量为10～200sccm，开始薄膜的沉积，得到化学式为Me_1-xSi₂O₂N₂：xMn²⁺的材料，镀膜，在阳极2上形成发光层3。

步骤S33、在发光层3上形成阴极4。

本实施方式中，阴极4的材料为银(Ag)，由蒸镀形成。

下面为具体实施例。

实施例1：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Mg、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.95：2：0.05，流量为10sccm。通入氧气，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Mg_0.95Si₂O₂N₂：0.05Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例2：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Mg、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.99：2：0.01，通入氧气，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Mg_0.99Si₂O₂N₂：0.01Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例3：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Mg、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.92：2：0.08，通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Mg_0.92Si₂O₂N₂：0.08Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例4：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Ca、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.95：2：0.05，流量为10sccm。通入氧气，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Ca_0.95Si₂O₂N₂：0.05Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例5：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Ca、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.99：2：0.01，通入氧气，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Ca_0.99Si₂O₂N₂：0.01Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例6：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Ca、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.92：2：0.08，通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Ca_0.92Si₂O₂N₂：0.08Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例7：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至4.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理20分钟，然后温度降为500℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为300转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Sr、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.95：2：0.05，流量为10sccm。通入氧气，流量为120sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至150nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Sr_0.95Si₂O₂N₂：0.05Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例8：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-3Pa；然后把衬底进行700℃热处理10分钟，然后温度降为250℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为50转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Sr、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.99：2：0.01，通入氧气，流量为10sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至80nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Sr_0.99Si₂O₂N₂：0.01Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

实施例9：衬底为南玻公司购买的ITO玻璃，先后用甲苯、丙酮和乙醇超声清洗5分钟，然后用蒸馏水冲洗干净，氮气风干后送入设备反应室。用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10-2Pa；然后把衬底进行700℃热处理30分钟，然后温度降为650℃。打开旋转电机，调节衬底托的转速为1000转/分，通入环戊二烯镁(C₅H₅)₂Sr、硅烷和甲基二茂锰(MCp)的载气Ar气，其摩尔流量比为0.92：2：0.08，通入氧气，流量为200sccm，开始薄膜的沉积。薄膜的厚度沉积至300nm，关闭有机源和载气，继续通氧气，温度降到100℃以下，取出样品Sr_0.92Si₂O₂N₂：0.08Mn²⁺。最后在发光薄膜上面蒸镀一层Ag，作为阴极。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。