薄膜物理與技術(shù)小論文

薄膜物理與技術(shù)小論文題目：無機(jī)電致發(fā)光薄膜最新研究進(jìn)展姓名.?熊 健 學(xué)號:082211020無機(jī)電致發(fā)光薄膜最新研究進(jìn)展1、介紹背景隨著信息技術(shù)的不但發(fā)展，人們對顯示終端的要求也越來越高，怎樣制備高水平的顯示終端已成為現(xiàn)在社會(huì)的技術(shù)項(xiàng)目。薄膜電致發(fā)光（TFEL）器件以其主動(dòng)發(fā)光、視角大、平板化、全固化、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)正好滿足了人們的這種需求，倍受人們關(guān)注，得以迅速發(fā)展，而無機(jī)電致發(fā)光薄膜是最有競爭潛力的下一代平板顯示技術(shù)之一。五、六十年代，人們對電致發(fā)光器件的研究主要集中在粉末電致發(fā)光器件（PELD）上。這種粉末狀態(tài)發(fā)光層對光線的散射造成的低對比度，以及因電極直接接觸發(fā)光層而使發(fā)光層的電流過大，導(dǎo)致器件易老化、易擊穿等缺點(diǎn)，電致發(fā)光的研究在60年代末期趨于停滯。電致發(fā)光研究的真正革命發(fā)生在1974年，日本Sharp公司的T.Inoguchi等人推出雙絕緣層結(jié)構(gòu)的TFE器件，該器件具有很好的穩(wěn)定性和壽命。單色TFEL器件的亮度可達(dá)8000cd/cm，壽命可達(dá)上萬小時(shí)。日本、美國和芬蘭等國已經(jīng)用這種結(jié)構(gòu)做出計(jì)算機(jī)顯示終端。為實(shí)現(xiàn)TFEL器件的彩色化，90年代初，徐敘等人提出了分層優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)。這對提高發(fā)光層中碰撞激發(fā)發(fā)光中心實(shí)現(xiàn)發(fā)光的電子能量、提高發(fā)光亮度和發(fā)光效率，以及解決“藍(lán)光問題”等都具有重要意義。近年來，各國的研究小組也在積極試制各種TFEL器件，摸索了一套TFEL器件的制備工藝，為實(shí)現(xiàn)TFEL器件的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了一些新問題，為下一步材料、器件的研究提出了方向。2、介紹TFEL器件的結(jié)構(gòu)和原理傳統(tǒng)的TFEL器件采用夾層結(jié)構(gòu)（如圖1），即在兩絕緣層之間夾一個(gè)發(fā)光層，絕緣層外側(cè)為電極層，用于施加電壓，其中一個(gè)電極層為透明電極，使發(fā)光層的發(fā)光能夠透出。電致發(fā)光的物理過程可簡述如下（如圖2）在電場作用下，AIM a諉團(tuán)購相州I蒲膜電致好此、熱件緋尚示意圖發(fā)光層與絕緣層界面能級處束縛的電子隧穿發(fā)射至發(fā)光層1;同時(shí)，發(fā)光層中雜質(zhì)和缺陷也電離一部分電子，這些電子在電場作用下被加速2;當(dāng)其能量增到足夠大時(shí)，碰撞激發(fā)發(fā)光中心，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)光AIM a諉團(tuán)購相州I蒲膜電致好此、熱件緋尚示意圖夾層結(jié)構(gòu)中的絕緣層被一系列的電子加速層所代替，就是我們所說的分層優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，從電極處發(fā)射的電子，在這些加速層中被多次加速,獲得了足夠高的能量,然后進(jìn)入發(fā)光層,碰撞激發(fā)發(fā)光中心，實(shí)現(xiàn)發(fā)光。這種加速過程和發(fā)光過程的分離，使我們能夠獨(dú)立地對各層進(jìn)行分層優(yōu)化。這無論是對電子能量、發(fā)光亮度，還是發(fā)光效率的提高都具有重要意義。3、 無機(jī)TFEL研究的一般方法發(fā)光粉的制備:發(fā)光粉的典型制備方法是將所需的原材料，按一定的化學(xué)計(jì)量比混合均勻，壓片，將壓好的片在一定的溫度和氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度、環(huán)境氣氛、燒結(jié)時(shí)間的長短是應(yīng)考慮的幾個(gè)因素。燒結(jié)過程除了通過有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)得到所需的基質(zhì)材料外，還可使發(fā)光中心向基質(zhì)材料中均勻擴(kuò)散。通常制備硫化物基質(zhì)材料時(shí)還需要補(bǔ)硫，這就需要在考慮硫含量的同時(shí)，還要注意污染問題。4、 TFEL所面臨的主要問題電致發(fā)光研究在得以迅速發(fā)展的同時(shí)，也并非總是一帆風(fēng)順的，也存在一系列的問題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先是器件的穩(wěn)定性不夠，有些材料在高場作用下內(nèi)部離子發(fā)生遷移。其次是發(fā)光材料的穩(wěn)定性和附著性差。第三是薄膜電致發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電壓一般比較高，無法利用通常的集成電路，需要高壓集成電路。然而，與上述這些問題相比，更加嚴(yán)重的問題在于難于實(shí)現(xiàn)全色顯示。TFEL的發(fā)展方向就是實(shí)現(xiàn)全色顯示，而長期以來，難以得到亮度高、色純度好的藍(lán)色發(fā)光。在全色顯示所需的紅、藍(lán)、綠三基色中，紅色和綠色已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化要求，而藍(lán)光的亮度則仍然不夠，這已成為實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙，即所說的“藍(lán)光問題”，成為實(shí)現(xiàn)全色化的瓶頸問題。另外，TFEL器件還存在效率不夠高、壽命不夠長、制備工藝不夠完善等問題。5提高藍(lán)光亮度的新探索盡管TFEL顯示還存在種種問題，但人們對它的研究興趣卻絲毫未減。在對發(fā)光材料的研究過程中也取得一些進(jìn)展，幾種常見的發(fā)光材料研究進(jìn)展在表1中已經(jīng)給出(表中的CIE表示發(fā)光顏色的色坐標(biāo)，下同)。表1幾種TEFL材料的研究進(jìn)展發(fā)光材料發(fā)光顏色CIECIE亮 度(cd/m2)(60Hz)發(fā)光效率(lm/W)xyZnS:Mn黃色0.500.503003~6CaS:Eu紅色0.680.31120.2ZnS:Mn/fliter紅色0.650.35650.8ZnS:Tb綠色0.300.601000.6~1.3ZnS:Mn/SrS:Ce白色0.440.484701.5藍(lán)光問題是阻礙TFEL器件實(shí)現(xiàn)全色化的最大障礙。為此，各國的科研小組圍繞著提高藍(lán)光亮度進(jìn)行了大量投入，開展了多方面的科研工作，包括對器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、改善發(fā)光薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、提高發(fā)光中心濃度、改善制備工藝、采用新的制備方法、尋找新的藍(lán)光材料等，這些努力都在不同程度上提高了TFEL器件的藍(lán)光亮度，改善了器件性能。人們找到了一些性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料比如：①SrS:Ce是人們最早發(fā)現(xiàn)的性能較好的藍(lán)色電致發(fā)光材料也是人們研究最多的藍(lán)光材料之一。盡管在近幾年的研究中人們又發(fā)現(xiàn)了一些性能較好的藍(lán)色發(fā)光材料，但是SrS:Ce仍然被認(rèn)為是最有前途藍(lán)光材料。以SrS:Ce作為發(fā)光體，在60Hz時(shí)可獲得100cd/m2的藍(lán)綠光，經(jīng)濾光片濾光后可得到全色顯示所需的藍(lán)光成份。但SrS:Ce的發(fā)光也存在色純度差、SrS材料易潮解等問題,且SrS:Ce薄膜中存在大量的硫空位，這些硫空位的大量存在將會(huì)導(dǎo)致發(fā)光的淬滅。高溫下的退火處理能夠提高SrS的結(jié)晶質(zhì)量，促進(jìn)發(fā)光中心Ce3+的形成。因此，退火處理被廣泛應(yīng)用于SrS:Ce的研究中°Kouto等人早在1994年就利用退火方法獲得了 1kHz電壓驅(qū)動(dòng)下發(fā)光亮度為800cd/m發(fā)光效率為O. 42lm/W的SrS：Ce薄膜電致發(fā)光器件。最近日本的Taka等將SrS：Ce器件在2%HS-98%Ar氣氛下的退火，可使其發(fā)光亮度達(dá)2000cd/m2以上，濾光后仍然能夠得到相當(dāng)強(qiáng)的藍(lán)光。這是因?yàn)镠2S種的S填補(bǔ)了其中的S空位，使其中的s空位減少的原因。 2②MGaS:Ce(M=Ca,Sr,Ba)人們4在研究硫代鎵酸鹽MGa2S4:Ce(M=Ca,Sr,Ba)后發(fā)現(xiàn)，Ce原子在其中的發(fā)光波長比在SrS中短，色4純度較好，且這種材料穩(wěn)定性好，不易潮解。B?nalloul等人對硫代鎵酸鹽進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，在藍(lán)光方面也取得了一些進(jìn)展，結(jié)果如表2。硫代鎵酸鹽在實(shí)驗(yàn)室條件下得到了60Hz時(shí)10cd/m2的發(fā)光亮度，峰值波長在459nm。這種材料無論是亮度、穩(wěn)定性還是色坐標(biāo)都基本達(dá)到了彩色化的要求。因此MGaS:Ce(M=Ca,Sr,Ba)是一種很有意義的藍(lán)色發(fā)光材料。其缺點(diǎn)是發(fā)光效低、發(fā)光材料難以制備、薄膜結(jié)晶狀態(tài)差等。雖說以上這些材料有很好的發(fā)光特性，但都未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。之后直到1999年N.Miura等采取雙源脈沖電子束蒸發(fā)法制備出在50Hz交流驅(qū)動(dòng)下亮度達(dá)65cd/m2的BaAl§:EuTFEL器件南光薄膜才真正意義上得到應(yīng)用。早在1974年，P. C.Donohue和J.E.Hanlon采用Eu、Yb、Ca、Sr、Ba、Ca等的硫化物在真空石英管中以碘為礦化劑合成了摻Eu2+發(fā)光中心的堿土硫代鋁酸鹽、堿土硫代鎵酸鹽、堿土硫代銦酸鹽，發(fā)現(xiàn)發(fā)光效率最高的是SrGa2S:Eu中Ew+激發(fā)態(tài)躍遷。以后有人發(fā)現(xiàn)了一系列的摻Eu的發(fā)光材料導(dǎo)致對高性能南光材料BaAl2S4:Eu的發(fā)現(xiàn)。 24為了提高BaAl§:Eu藍(lán)光薄膜的亮度、色純性以及降低退火溫度，人們引入其他元素部分取代BaAlS:Eu中Ba位、Al位、S位。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)用Mg取代部分Ba可以降低薄膜的退2火溫度;在制備上采取雙源電子束蒸發(fā)一個(gè)源是BaS:Eu,另一個(gè)源是AlS，沉積過程中多數(shù)采用HS補(bǔ)S,原則上也可采用其他含s的化23 2合物補(bǔ)，；若采用混有元素S的四源電子束蒸發(fā)制備BaAlS:Eu薄膜并在含元素S的蒸發(fā)源附近設(shè)液氮冷阱以限制過量S和O2等其他有害物質(zhì)沉積到薄膜，這樣可有效提高薄膜的亮度。但由于雙源脈沖或共蒸發(fā)沉積設(shè)備昂貴且難于實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜，濺射法制備BaAlS4:Eu薄膜近來被廣泛采用。這種BaAl§:Eu薄膜也是以后TFEL器件的主要材料。。 246TFEL器件的前景展望TFEL顯示器是唯一全固化的平板顯示器，它具有主動(dòng)發(fā)光、體積小、視角大、分辨率高、適應(yīng)溫度寬、響應(yīng)速度快和對比度高等優(yōu)點(diǎn)，而且比通常的薄膜晶體管TFT和液晶LCD的制備工序少，因此正以其獨(dú)特的優(yōu)勢迅速發(fā)展。單色顯示器已經(jīng)商品化，彩色TF