固体电致发光教材课件

固体电致发光固体电致发光11.电致发光概念介绍3.磁控溅射法简介2.电致发光材料介绍5.无机电致发光材料前景4.电致发光材料举例1.电致发光概念介绍3.磁控溅射法简介2.电致发光材料介绍52概念一电流通过物质时或物质处于强电场下发光的现象概念二电致发光现象是指电能直接转换为光能的一类发光现象，包括注入式电致发光和本征型电致发光。1.电致发光概念介绍概念一1.电致发光概念介绍3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结合时，以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型（LED）固体电致发光教材课件4本征型电致发光：又分为高场电致发光与低场电致发光。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，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在恢复到基态时辐射发光。低场电致发光又称为注入式发光，主要是指半导体发光二极管。本征型电致发光：又分为高场电致发光与低场电致发光。5无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从在OLED器件中的功能及器件结构的不同分类电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料2.电致发光材料介绍无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从6无机电致发光材料在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是发展掺杂稀土元素的多色显示材料。这种材料广泛用用于食品期间、音响设备和测控仪器中。优点：稳定性高缺点：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作工艺上有困难，发光颜色不易改变，很难提供全色显示等。无机电致发光材料在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是发展7电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从在OLED器件中的功能及器件结构的不同分类电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料电致发光材料空穴注入层材料无机电致发光材料有机电致发光材料小8有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层功能，这样的发光材料也通常被称为主发光体。发光材料中少量掺杂的有机荧光或者磷光燃料可以接受来自主发光体的能量转移和经由载流子捕获的机制而发出不同颜色的光，这样的掺杂发光通常被成为客发光体或者掺杂发光体。有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层功能，这样的发光93.1磁控溅射原理3.磁控溅射法简介3.2磁控溅射优点3.2磁控溅射分类3.1磁控溅射原理3.磁控溅射法简介3.2磁控溅射优点3.103.1磁控溅射原理3.1.1放电方式：直流辉光放电

低频交流辉光放电

射频辉光放电直流辉光放电右图为直流辉光放电的发光区电位分布及净空间电荷沿极间距的分布图。3.1磁控溅射原理3.1.1放电方式：直流辉光放电直流辉11低频交流辉光放电在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够的活动能力且有充分的时间，在每个半周期在各个电极上建立直流辉光放电。其机理基本上与直流辉光放电相同。射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量，所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。3.1磁控溅射原理射频辉光放电低频交流辉光放电在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够12

3.1.2溅射原理溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量和动量交换的过程。电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar离子和电子，电子飞向基片，在此过程中不断和Ar原子碰撞，产生更多的Ar离子和电子。Ar离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。

靶材基片V(<0)E+ArAr+-e-e-e+Ar+3.1磁控溅射原理3.1.2溅射原理溅射过程即为入射离子通过一13应用广泛金属非金属金属化合物非金属化合物3.2磁控溅射优点稳定性好重复性好均匀性好高速低温应用广泛3.2磁控溅射优点稳定性好143.3.1射频（RF）磁控溅射3.3.2直流（DC）磁控溅射3.3.3中频（MF）磁控溅射3.3磁控溅射分类3.3.1射频（RF）磁控溅射3.3.2直流（DC）磁控153.3.1射频（RF）磁控溅射射频磁控溅射的特点：电流大，溅射速率高，产量大膜层与基体的附着力比较强

向基片的入射能量低，避免了基片温度的过度升高

大功率的射频电源价格较高，对于人身防护也成问题。装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、匹配网络装置与安装、电极冷却等多种装置部件。射频溅射不适于工业生产应用。1-磁极2-屏蔽罩3-基片4-基片加热装置5-溅射靶6-磁力线7-电场8-挡板9-匹配网络10-电源11-射频发生器右图为射频磁控溅射实验装置示意图。电流大，溅射速率高，产量大膜层与基体的附着力比较强

向基片的入射能量低，避免了基片温度的过度升高

大功率的射频电源价格较高，对于人身防护也成问题。装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、匹配网络装置与安装、电极冷却等多种装置部件。射频溅射不适于工业生产应用。3.3.1射频（RF）磁控溅射射频磁控溅射的特点：电流大，163.3.2直流（DC）磁控溅射靶材直流磁控溅射沉积薄膜一般用平面靶。圆形平面靶：η≤15%矩形平面靶：η～30%1-磁极2-屏蔽罩3-基片4-基片加热装置5-溅射靶6-磁力线7-电场8-挡板直流磁控溅射装置图与射频磁控溅射装置图相比，其不需要外部复杂的网络匹配装置和昂贵的射频电源装置，适合溅射导体或者半导体材料。现已经在工业上大量使用。直流磁控溅射的特点3.3.2直流（DC）磁控溅射靶材直流磁控溅17直流（DC）磁控溅射直流（DC）磁控溅射183.3.3中频（MF）磁控溅射中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。工业上一般使用孪生靶溅射系统。3.3.3中频（MF）磁控溅射3.3.3中频（MF）磁控溅射中频交流磁控溅射可用在单个阴极19中频（MF）磁控溅射中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形中频（MF）磁控溅射中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形20旋转靶的优点靶材利用率最高可达

70%以上

靶材有更长的使用寿命更快的溅射速率杜绝靶中毒现象中频（MF）磁控溅射旋转靶的优点靶材利用率最高可达70%以上中频（MF）磁控21中频（MF）磁控溅射中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象中频（MF）磁控溅射中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象22三种磁控溅射对比三种磁控溅射对比234电致发光材料举例ZnS基电致发光材料基电致发光材料蓝色电致发光材料GaN4电致发光材料举例ZnS基电致发光材料基电致发光材24ZnS:Mn研究最早，高亮度、高效率发光带谱540nm~680nm橙黄色以射频磁控溅射法制备了Mn的质量分数为0.45%的ZnS:Mn薄膜电致发光器件绝缘层为近年来，以溶胶-凝胶法制备了ZnS:Mn薄膜电致发光器件，绝缘层为发现576nm的发光峰，且700℃退火时发光层结晶度最好，发光效率较高。ZnS基电致发光材料ZnS:MnZnS基电致发光材料25ZnS:Tb亮度仅次于ZnS:Mn，发光光谱很窄，峰值在540nm附近，绿色以射频磁控溅射法值得高亮度绿色ZnS:Tb薄膜电致发光器件磁射功率密度、衬底温度、退火温度分别为4.39W/cm2、150℃、和550℃时，发光层的结晶质量较好，最高亮度可达830cd/m2ZnS基电致发光材料ZnS:TbZnS基电致发光材料26:Ge新型电致发光材料用射频磁控溅射法观察到Ge纳米镶嵌薄膜和Si纳米镶嵌薄膜的红光EL峰位都在640nm左右射频磁控法制备锗/氧化硅纳米多层薄膜基电致发光材料:Ge基电致发光材料27

Er3+4f层电子内部跃迁导致的1.54μm附近发光峰恰好落在石英光纤吸收最小窗口，而且Er发光波长基本上不依赖于基质和温度，用电镀法将Er引入多孔硅中，然后将其高温氧化成富硅氧化硅得到掺铒氧化硅1.54μm电致发光。基电致发光材料基电致发光材料28蓝色电致发光材料GaN带隙宽、强化学键、耐高温、抗腐蚀制作短波长高亮度发光器件、高温晶体管、高功率晶体管和紫外光探测器的理想材料蓝色电致发光材料GaN带隙宽、强化学键、耐高温、抗腐蚀29为了进一步优化器件性能，需要对载流子的产生、电荷的运输和倍增、碰撞激发过程、发光中心的重新复合特性等作深入的研究为提高器件发光效率，对器件本身设计、膜的制备方法等也需要深入研究在三基色（R、G、B）中发蓝光的材料较少，应努力寻找新的蓝光材料，提高发光效率5无机电致发光材料研究重点为了进一步优化器件性能，需要对载流子的产生、电荷的运输和倍增30固体电致发光固体电致发光311.电致发光概念介绍3.磁控溅射法简介2.电致发光材料介绍5.无机电致发光材料前景4.电致发光材料举例1.电致发光概念介绍3.磁控溅射法简介2.电致发光材料介绍532概念一电流通过物质时或物质处于强电场下发光的现象概念二电致发光现象是指电能直接转换为光能的一类发光现象，包括注入式电致发光和本征型电致发光。1.电致发光概念介绍概念一1.电致发光概念介绍33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结合时，以光的形式释放出多余的能量。注入式电致发光的基本结构是结型（LED）固体电致发光教材课件34本征型电致发光：又分为高场电致发光与低场电致发光。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，碰撞发光中心并使其激发或离化，电子在恢复到基态时辐射发光。低场电致发光又称为注入式发光，主要是指半导体发光二极管。本征型电致发光：又分为高场电致发光与低场电致发光。35无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从在OLED器件中的功能及器件结构的不同分类电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料2.电致发光材料介绍无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从36无机电致发光材料在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是发展掺杂稀土元素的多色显示材料。这种材料广泛用用于食品期间、音响设备和测控仪器中。优点：稳定性高缺点：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作工艺上有困难，发光颜色不易改变，很难提供全色显示等。无机电致发光材料在无机电致发光化合物中，目前主要的方向是发展37电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料无机电致发光材料有机电致发光材料小分子大分子从发光材料角度从在OLED器件中的功能及器件结构的不同分类电致发光材料空穴注入层材料空穴传输层材料发光层材料电子传输层材料电子注入层材料电致发光材料空穴注入层材料无机电致发光材料有机电致发光材料小38有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层功能，这样的发光材料也通常被称为主发光体。发光材料中少量掺杂的有机荧光或者磷光燃料可以接受来自主发光体的能量转移和经由载流子捕获的机制而发出不同颜色的光，这样的掺杂发光通常被成为客发光体或者掺杂发光体。有些发光材料本身具有空穴传输层或者电子传输层功能，这样的发光393.1磁控溅射原理3.磁控溅射法简介3.2磁控溅射优点3.2磁控溅射分类3.1磁控溅射原理3.磁控溅射法简介3.2磁控溅射优点3.403.1磁控溅射原理3.1.1放电方式：直流辉光放电

低频交流辉光放电

射频辉光放电直流辉光放电右图为直流辉光放电的发光区电位分布及净空间电荷沿极间距的分布图。3.1磁控溅射原理3.1.1放电方式：直流辉光放电直流辉41低频交流辉光放电在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够的活动能力且有充分的时间，在每个半周期在各个电极上建立直流辉光放电。其机理基本上与直流辉光放电相同。射频辉光放电在辉光放电空间中电子震荡足以产生电离碰撞的能量，所以减小了放电对二次电子的依赖，并且能有效降低击穿电压。射频电压可以穿过任何种类的阻抗，所以电极就不再要求是导电体，可以溅射任何材料，因此射频辉光放电广泛用于介质的溅射。频率在5～30MHz都称为射频频率。3.1磁控溅射原理射频辉光放电低频交流辉光放电在频率低于50KHz的交流电压下，离子有足够42

3.1.2溅射原理溅射过程即为入射离子通过一系列碰撞进行能量和动量交换的过程。电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与Ar原子发生碰撞，电离出大量的Ar离子和电子，电子飞向基片，在此过程中不断和Ar原子碰撞，产生更多的Ar离子和电子。Ar离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子（或分子）沉积在基片上成膜。

靶材基片V(<0)E+ArAr+-e-e-e+Ar+3.1磁控溅射原理3.1.2溅射原理溅射过程即为入射离子通过一43应用广泛金属非金属金属化合物非金属化合物3.2磁控溅射优点稳定性好重复性好均匀性好高速低温应用广泛3.2磁控溅射优点稳定性好443.3.1射频（RF）磁控溅射3.3.2直流（DC）磁控溅射3.3.3中频（MF）磁控溅射3.3磁控溅射分类3.3.1射频（RF）磁控溅射3.3.2直流（DC）磁控453.3.1射频（RF）磁控溅射射频磁控溅射的特点：电流大，溅射速率高，产量大膜层与基体的附着力比较强

向基片的入射能量低，避免了基片温度的过度升高

大功率的射频电源价格较高，对于人身防护也成问题。装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、匹配网络装置与安装、电极冷却等多种装置部件。射频溅射不适于工业生产应用。1-磁极2-屏蔽罩3-基片4-基片加热装置5-溅射靶6-磁力线7-电场8-挡板9-匹配网络10-电源11-射频发生器右图为射频磁控溅射实验装置示意图。电流大，溅射速率高，产量大膜层与基体的附着力比较强

向基片的入射能量低，避免了基片温度的过度升高

大功率的射频电源价格较高，对于人身防护也成问题。装置较复杂，存在绝缘、屏蔽、匹配网络装置与安装、电极冷却等多种装置部件。射频溅射不适于工业生产应用。3.3.1射频（RF）磁控溅射射频磁控溅射的特点：电流大，463.3.2直流（DC）磁控溅射靶材直流磁控溅射沉积薄膜一般用平面靶。圆形平面靶：η≤15%矩形平面靶：η～30%1-磁极2-屏蔽罩3-基片4-基片加热装置5-溅射靶6-磁力线7-电场8-挡板直流磁控溅射装置图与射频磁控溅射装置图相比，其不需要外部复杂的网络匹配装置和昂贵的射频电源装置，适合溅射导体或者半导体材料。现已经在工业上大量使用。直流磁控溅射的特点3.3.2直流（DC）磁控溅射靶材直流磁控溅47直流（DC）磁控溅射直流（DC）磁控溅射483.3.3中频（MF）磁控溅射中频交流磁控溅射可用在单个阴极靶系统中。工业上一般使用孪生靶溅射系统。3.3.3中频（MF）磁控溅射3.3.3中频（MF）磁控溅射中频交流磁控溅射可用在单个阴极49中频（MF）磁控溅射中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形中频（MF）磁控溅射中频交流孪生靶溅射的两个靶位上的工作波形50旋转靶的优点靶材利用率最高可达

70%以上

靶材有更长的使用寿命更快的溅射速率杜绝靶中毒现象中频（MF）磁控溅射旋转靶的优点靶材利用率最高可达70%以上中频（MF）磁控51中频（MF）磁控溅射中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象中频（MF）磁控溅射中频反应磁控溅射中的“迟滞回线”现象52三种磁控溅射对比三种磁控溅射对比534电致发光材料举例ZnS基电致发光材料基电致发光材料蓝色电致发光材料GaN4电致发光材料举例ZnS基电致发光材料基电致发光材54ZnS:Mn研究最早，高亮度、高效率发光带谱540nm~680nm橙黄色以射频磁控溅射法制备了Mn的质量分数为0.45%的ZnS:Mn薄膜电致发光器件绝缘层为近年来，以溶