固体电致发光ppt课件

1、固体电致发光固体电致发光第三组：张琨第三组：张琨 徐彩霞徐彩霞 李佳李佳 张利宏张利宏 陆高原陆高原固体电致发光固体电致发光 一一.电致发光资料引见电致发光资料引见 二二.电致发光器件与原理电致发光器件与原理 三三.发光二极管发光二极管 四四.二极管激光器二极管激光器一、电致发光资料引见一、电致发光资料引见 处于激发态的分子、晶体和非晶态物质在退激过程中会产生辐射，即发光。 根据其受激的方式，这种激发态发光可主要以分为三种方式： 光致发光photoluminescence，PL 电致发光electroluminescence，EL 阴极发光cathodeluminescence，CL电致发光的

2、定义：电致发光的定义： 电致发光(电场发光，EL)是指电流经过物质时或物质处于强电场下发光的景象。 普通以为是在强电场作用下，电子的能量相应增大，直至远远超越热平衡形状下的电子能量而成为过热电子，这过热电子在运动过程中可以经过碰撞使晶格离化构成电子、空穴对，当这些被离化的电子、空穴对复合或被激发的发光中心回到基态时便发出光来。电致发光的种类：电致发光的种类： 电致发光景象是指电能直电致发光景象是指电能直接转换为光能的一类发光景象，接转换为光能的一类发光景象，它包括注入式电致发光和本征它包括注入式电致发光和本征型电致发光。型电致发光。 1注入式电致发光：直注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注

3、入电接由装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶子和空穴，当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的方式释体内再复合时，以光的方式释放出多余的能量。放出多余的能量。 注入式电致发光的根本构造注入式电致发光的根本构造是结型是结型LED。 2本征型电致发光：又分为高场电致发光与低能电致发光。 其中高场电致发光是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰接发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。 低场电致发光又称为注人式发光，主要是指半导体发光二极管LED。电致发光的种类：电致发光的种类：电致发光资料：电致发光资料： 从发光资料角度无机电致发光资料有机电致

4、发光资料电致发光资料从在OLED器件中的功能及器件构造的不同分类小分子空穴注入层HIL资料空穴传输层HTL资料大分子发光层EML资料电子传输层ETL资料电子注入层电子注入层EILEIL资料资料电致发光资料：电致发光资料： 从发光资料角度从发光资料角度, ,可将电致发光资料分为无机可将电致发光资料分为无机电致发光资料和有机电致发光资料。电致发光资料和有机电致发光资料。 无机电致发光资料普通为等半导体资料。无机电致发光资料普通为等半导体资料。 有机电致发光资料根据有机发光资料的分子量有机电致发光资料根据有机发光资料的分子量的不同可以区分为小分子和高分子两大类。的不同可以区分为小分子和高分子两大类。

5、 小分子小分子OLEDOLED资料以有机染料或颜料为发光资料，资料以有机染料或颜料为发光资料，高分子高分子OLEDOLED资料以共轭或者非共轭高分子聚合物资料以共轭或者非共轭高分子聚合物为发光资料，典型的高分子发光资料为为发光资料，典型的高分子发光资料为PPVPPV及其衍及其衍生物。生物。电致发光资料：电致发光资料： 有机电致发光资料根据在有机电致发光资料根据在OLEDOLED器件中的功能及器件中的功能及器件构造的不同，又可以区分为空穴注入层器件构造的不同，又可以区分为空穴注入层HILHIL、空穴传输层空穴传输层HTLHTL、发光层、发光层EMLEML、电子传输层、电子传输层ETLETL、电子

6、注入层、电子注入层EILEIL等资料。等资料。 其中有些发光资料本身具有空穴传输层或者电其中有些发光资料本身具有空穴传输层或者电子传输层的功能，这样的发光资料也通常被称为主子传输层的功能，这样的发光资料也通常被称为主发光体；发光资料层中少量掺杂的有机荧光或者磷发光体；发光资料层中少量掺杂的有机荧光或者磷光染料可以接受来自主发光体的能量转移和经由载光染料可以接受来自主发光体的能量转移和经由载流子捕获流子捕获(carriertrap)(carriertrap)的机制而发出不同颜色的光，的机制而发出不同颜色的光，这样的掺杂发光资料通常也称为客发光体或者掺杂这样的掺杂发光资料通常也称为客发光体或者掺杂

7、发光体，英文用发光体，英文用“DopantDopant表示。表示。电致发光资料的开展及展望：电致发光资料的开展及展望： 1936年：基于ZnS构造了第一个粉末电致发光磷光体(phosphor)；并制造了第一个有效的掺Mn的ZnS薄膜电致发光显示安装(ELD)。 人们曾经将这种ELD和光导膜结合，用于光放大器和x射线加强器，1960年在日本曾用于电视成像。 1962年：美国通用电气公司发明第一个无机半导体GaAsP的商品化光发射二极管(LED)。无机电致发光资料无机电致发光资料无极电致发光资料无极电致发光资料 在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是开展掺杂稀土元素的多色显示资料。这种资料广泛运

8、用于视频器件、音响设备和测控仪器中，并已获得了令人瞩目的成就 无机EL的优点是稳定性高；缺陷是短波发光有待开发，作为显像管体积太大，大面积平板显示器制造工艺上有困难，发光颜色不易改动，很难提供全色显示等。有机电致发光资料有机电致发光资料 1963年，Pope研讨了蒽单晶片1020微米的电致发光，当时，需求400V的电压才干察看到蒽的蓝色荧光；之后的研讨将电压降低到100V左右，获得5%光子/电子的外量子效率。 1982年用真空蒸镀制成了50nm厚的蒽薄膜，进一步将电压降到30V，察看到了蓝色荧光，但外量子效率只需0.03%，这主要是电子的注入效率太低以及蒽的成膜性不好而存在易击穿的缺陷。有机电

9、致发光资料有机电致发光资料 1983年，Partridge研讨了聚合物的电致发光，但亮度太低，没有引起注重。总之，6080年代中期，有机EL彷徨在高电压、低亮度、低效率的程度上。 1987年，美国Eastman Kodak公司的Tang等人以空穴传输效果较好的芳香二胺作为空穴传输层、8-羟基喹啉铝作发光层、透明的ITO导电膜和镁银合金分别作为阳极和阴极，制造了有机发光二极管OLED，该器件为双层薄膜夹心式构造，发绿光，其驱动电压低于10V，发光效率为1.5 lm/W，发光亮度高达1000cd/m2。这种超薄平板器件以其高亮度、高效率和低驱动电压等优点引起了人们的极大关注。有机电致发光资料有机电

10、致发光资料 1993年，Greenhma9等人在两层聚合物间插入另一层聚合物实现了载流子匹配注入，发光内量子效率提高了20倍，这不仅拓宽了对OLED器件机制的了解，而且预示着OLED开场走向产业化。 近年来，上海大学张志林、蒋学茵等在多色有机薄膜电致发光器件和白色电致发光器件方面获得了一定的成果。吉林大学、中国科学院长春光机与物理研讨所在有机/聚合物电致发光器件及稀土掺杂的有机电致发光器件方面做了很多有益的任务。清华大学、华南理工大学、浙江大学等着名学府也参与到了有机电致发光器件这一研讨行列。二、电致发光器件和原理二、电致发光器件和原理 电致发光(电场发光，EL)是指电流经过物质时或物质处于强

11、电场下发光的景象，普通以为是在强电场作用下，电子的能量相应增大，直至远远超越热平衡形状下的电子能量而成为过热电子，这过热电子在运动过程中可以经过碰撞使晶格离化构成电子、空穴对，当这些被离化的电子、空穴对复合或被激发的发光中心回到基态时便发出光来. 分类分类 按激发过程不同分为两大类： 注入式电致发光：直接由装在晶体上的电极注入电子和空穴，当电子与空穴在晶体内再复合时，以光的方式释放出多余的能量。注入式电致发光的根本构造是结型二极管； 高场电致发光(本征型电致发光)：是荧光粉中的电子或由电极注入的电子在外加强电场的作用下在晶体内部加速，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在回复到基态时辐射发光。

12、高场电致发光种器件：直流粉末电致发光DCEL交流粉末电致发光ACEL直流薄膜电致发光DCTFEL交流薄膜电致发光ACTFEL低能电致发光发光二极管发光二极管 发光二极管发光二极管Light Emitting Diode,简称简称LED是注入电致发光显示器件的代表。发是注入电致发光显示器件的代表。发光二极管是利用少数载流子流入光二极管是利用少数载流子流入PN结直接结直接将电能转换为光能的半导体发光元件。将电能转换为光能的半导体发光元件。 LED构造的中心是用磷化镓或砷化镓等半导构造的中心是用磷化镓或砷化镓等半导体发光资料晶片做成的体发光资料晶片做成的PN结，晶片外用透明度高结，晶片外用透明度高和

13、折射率高的资料普通用环氧树脂包封，树和折射率高的资料普通用环氧树脂包封，树脂外观视运用要求做成各种方式。也可以在脂外观视运用要求做成各种方式。也可以在LED的底座上安顿两枚或两枚以上晶片，各晶片资料的底座上安顿两枚或两枚以上晶片，各晶片资料不同，发出不通的色光，当各晶片发不同强度的不同，发出不通的色光，当各晶片发不同强度的光时，它们将产生不同混色，使发光二极管显示光时，它们将产生不同混色，使发光二极管显示不同色光。不同色光。 由于这两个正负电荷区域的存在，出现了一个由N区指向P区的电场，称为内建电场。 假设PN结外加一个LED光源原理足够大的正向偏压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带

14、倾斜减小，分散加强。 N区的电子及P区的空穴会抑制内建电场的阻挠作用，穿过结区.在电子和空穴分散过程中，导带的电子可以跃迁到价在电子和空穴分散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生光辐射。带和空穴复合，产生光辐射。高场电致发光显示高场电致发光显示 1 1、交流电致发光显示、交流电致发光显示ACELACEL 2 2、交流薄膜电致发光显示、交流薄膜电致发光显示 ACTFEL ACTFEL 3 3、有机发光显示器、有机发光显示器OLEDOLED高场交流电致发光显示高场交流电致发光显示 交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主流。交流电致发光显示是目前高场电致发光显示的主流。ACELACE

15、L构造如上所示。它是将电致发光粉构造如上所示。它是将电致发光粉ZnS:CuClZnS:CuCl或或ZnCdZnCdS:CuBrS:CuBr混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另有机介质中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个ELEL。发光机制发光机制 高场电致发光的机制存在许多有趣的物理问题，它与EL资料中的电子在高电场下作用下的加速产生热电子，热电子碰撞ZnS格使之离化产生电子空穴对，当电子重新被这些离化的施主和受主俘获时，产生复合发光，也可以经过

16、热电子直接碰撞发光中心发光如ZnS基质发光资料中的施主-受主对，或掺杂的Mn2+，或一些三价稀土离子，电子空穴对的复合能量也可以直接传送给发光中心而发光。 高场薄膜电致发光高场薄膜电致发光TFELTFELl目前的ACTFEL多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜构造。器件由三层组成，如下图。l器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与防止击穿的作用。 ACTFEL构造表示图1金属电极；2绝缘层；3发光层；4绝缘层；5透明电极；6玻璃衬底l掺不同杂质那么发不同的光，其中掺Mn的发光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮度高达5000cd/m2。lACTFEL具有记忆效应，通常室内光照度下

17、，记忆可维持几分钟，在黑暗中可坚持十几个小时。lACTFEL优点是寿命长大于2万小时，亮度高，任务温度宽-55+125，缺陷是只需掺Mn的发光效率高，且为橙黄色，对全色显示要求三基色研制高效的发光资料是当今研讨的课题。EL器件目前已被运用在背光源照明上，在汽车、飞机及其他设备仪器仪表、手机、手表、电子钟、LCD模块、笔记本电脑显示器等方面获得运用。也作为交通平安标志，公司标志，出口通道等发光指示牌上的发光显示器件。OLED有机发光显示器有机发光显示器l 有机发光显示器OLED又称有机EL，是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。 l它是固体自发光器件，可顺应恶劣任务环境；它呼应时间短、发光效率

18、高、视角宽、对比度高；它可在5V10V的低电压下任务，功耗低，工艺简单；制造本钱低、有机发光资料众多、覆盖发光光谱从红外到紫外，适宜全彩色显示；价廉、易于大规模消费；OLED的消费更近似于精细化工产品，可在塑料、树脂等不同的材质上消费，产品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、台式机适用的显示器，还有能够发明出墙壁大小的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。人们预言，随着规模量产的到来，OLED可以比LCD本钱低20%。可以卷的、便携式显示器可以卷的、便携式显示器OLEDOLED器件的发光机制器件的发光机制lOLED的根本原理为：参与一外加偏压，使电子空穴分别经过空穴传输层与电子传输层后，进入一具有发光

19、特性的有机物质，在其内部发生复合，鼓励出一个激子，再将能量释放出来回到基态，而这些释放出来的能量中，通常由于发光资料的选择及电子自旋的特性，只需25%单重态到基态的能量可以用来当作OLED的发光，其他75%三重态到基态的能量以磷光或热的方式回归到基态。选择不同的发光资料带隙不同可得到不同颜色的发光。l如下图的典型多层OLED构造，发光过程为：载流子注入是经过阴极和阳极注入到电极内侧有机功能薄膜层，载流子分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移，电子和空穴在发光层中相，相互束缚而构成激子Exciton，激发态能量经过辐射跃迁到基态。 OLEDOLED器件的发光机制器件的发光机制vSiC电致发光器

20、件激起了人们很大兴趣，由于它们稳定性特别高，任务寿命长，并能抗电流过敏，耐热及耐受其它外部作用。人们可以制备出发出任何颜色可见光乃至发出紫外光的SiC电致发光器件。v在不改动器件制造方法的情况下，在这种器件中SiC发光颜色的控制既可以经过采用:不同的多型体,仅由于SiC的不同多型体禁带宽度上的差别就可以使辐射的光子能量改动0.8eV.可以经过掺不同的发光激活剂来实现。比如说6H-SiC分别掺Be，B，Se和Al就可以制出红、黄、绿和蓝色的发光器件。三、发光二级管三、发光二级管1. 1. 器件制造器件制造v可用不同的半导体技术来制造电致发光器件：融熔，在晶体生长过程中外延，分散和离子注入等。 v

21、在含氯气氛中将Be-SiC融熔到掺Be的p型SiC晶体上(Be是在用升华法或运用BeSiC、Be-Cr-SiC溶液生长晶体时均匀掺入的，便可以制成发红光的SiC电致发光pn结。v气相或液相外延掺N及发光激活剂Se的n-SiC层可制成高效绿色电致发光pn结。液相外延被用于在掺A1的p-SiC衬底上从Se溶液中生长n-SiCSe外延层，在n-SiC(N)衬底上依次气相外延n-SiC(Se，N)和p-SiC层，也可以构成电致发光pn结。v借助融熔、分散和外延技术向碳化硅中掺Al可制成绿色电致发光pn结，在，用4-10小时汽相分散纯Al便制成pn结。在n-SiC衬底经过外延生长，可得到厚度为100-2

22、00um的均匀掺Al的p-SiC层。vSiC(B)电致发光器件的制造方法简单，发光区可有多种多样构形，而且发光效率高，这是它们被广泛匝用的缘由所在。SiC(B)黄色电致发光pn结主要是采用分散法在6H多型体上构成的。硼向价n-SiC晶体中的分散是在下用260分钟完成的。在SiC中依次掺A1和硼，也能制成高效发光的pn结。 v在SiC中依次掺A1和硼，也能制成高效发光的pn结。思索到SiC中，分散Al构成的pn结能更有效地注入空穴，接着分散B便构成高效发光区。用这种pn结制造的器件能在比较宽的温度范围内任务，77K下就可启动。不过，以这类pn结为根底制造多元器件是一件更为复杂的义务，需求制造台面

23、构造 2. 2. 运用运用v以下电致发光器件是用掺不问发光激活剂的SiCpn结制造的：发光二校管、脉冲光源、数字和符号显示器、发光面几何图形可以控制的器件，以及在光敏资料上记录数据用的多元标尺等。 v上述器件除了具有高度稳定性以外，还有任务电流低的优点，从而简化了它们与微电路匹配的问题。那些在外加电场作用下发米面的几何图形可以改动的SiC器件是非常有趣的。这种器件的最简单的模型是分散B得到的pn结，其中n区是等电位的，而具有特定电阻值的p区配上了两个电极，起一个分压器的作用 v当电流经过接触电校1和2时，pn结整个面积均匀地发光。当电流同时经过触点2和3时，在分压器上就产生了一个电压梯度。在这

24、种情况下pn结的一部分能够处于偏压缺乏的形状，也就是说；偏压缺乏以使电流经过pn结所在的部位。控制电流的平滑变化可使晶体的发光部分与不发光部分的边境产生相应的挪动。在激活单元的尺寸等于80.2mm2，且初始电流密度为0.05A/cm2时，这种器件的电流灵敏度为1.5mm/mA。耗费的控制电流为3-10mA。 v用多元的SiC发光二极管做成的模拟指示器可以把输入的控制电压按比例地转换为发光条的长短或者转换成光点。具有可控发光边境的pn结可用于照相底片记录。v多元数字电致发光显示器(可组成恣意数字)被用在光敏资料上记录数字信息。多元的pn结发光器件还可用于信息的照象记录，例如二进制编码的信息 3.

25、发光二极管的特性发光二极管的特性v信息的光记录所用的器件，其最重要的特性之一是电致发光亮度上升和衰减的速率，普通的SiC (B)发光二极管的电致发光上升时间为10-13um衰减时间为0.1um。当经过pn结的电流密度添加到100A/cm2时，电致发光的上升时间减至几个us，掺Be的发光二极管的电致发光上升和衰减时间为0.25us，而掺Se的pn结的上升和衰减时间却要大一个数量级。掺Al的发光二极管的弛豫时间不超越10-9，用它可以制造出高速的发光二极管。v用分散法制造的蓝色和黄色发光pn结的典型伏-安特性、亮度-电压特性和电容-电压特性曲线。v正如我们曾经提到的，SiCpn结的电致发光电流-亮

26、度特性曲线与阴极射线发光的电流-亮度特性曲线有类似的亚线性关系。但是当它们按同一激发强度归一化时，电致发光效率似乎比阴极射线发光效率低1或2个数量级 v这与空穴向pn结附近的发光n型区注入的程度低有关，空穴注入的程度低是由于SiC中受主的激活能远大于施主(氮)的激活能。v从上述情况可知，添加SiCpn结的电致发光效率有两种途径，即研制一种能有效地向发光n型层注入空穴的完美的构造，或者是研制出高效发光的p-SiC。分散-外延技术和离子注入似乎是最适于制造构造，使之成为高效空注入的方法。 v减少电流-亮度特性的亚线性，也可以提高SiCpn结的电致发光效率。从图4可看出，当提高激发强度时，SiC(B

27、)pn结的电致发光参数劣于GaP(Zn-C)之类的发光二校管的情况。v研讨SiC中硼、铍和钪发光的特性得知，获得质量更加完美的SiC (只含有非常少量的少数载流子圈套)是减少亚线性的必要条件。近年来为改良生长碳化硅晶体的升华法所作的研讨。这种升华法在制取外延层方面的运用以及生长某种特定的SiC多型体的外延层或晶体(特别是用稀土金属作为溶剂从溶液中生长的4H- SiC)的能够性，一切这些使我们有能够胜利地实现各种类型高度稳定的电致发光器件所用的优质碳化砖的制备。同时，也为我们开辟了改良这些器件效率的新途径。四、二极管激光器四、二极管激光器v激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结资料能否一

28、样，可以把激光二极管分为同质结、单异质结SH、双异质结DH和量子阱QW激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场运用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小普通小于2mW，线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的运用遭到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。半导体二极管激光器所涉及的半导体资料有很多种，但目前最常用的有两种资料体系。一种资料体系是以GaAs和 (下标x表示GaAs中被Al源自取代的Ga原子的百分数)为根底的。近年来，以 /GaAs和 资料体系为根底的可见光半导体激光器也得到迅速开展，其波长分别为780nm和630680nm。半导体二极管激光器所涉及的半导体资料有很多种，但目前最常用的有两种资料体系。一种资料体系是以GaAs和 (下标x表示GaAs中被Al源自取代的Ga原子的百分数)为根底的。近年来，以 /GaAs和 资料体系为根底的可见光半导体激光器也得到迅速开展，其波长分别为780nm和630680nm。双异质结AlGaAs/GaAs激