薄膜物理与技术小论文

薄膜物理与技术小论文题目：无机电致发光薄膜最新研究进展姓名.•熊 健 学号:082211020无机电致发光薄膜最新研究进展1、介绍背景随着信息技术的不但发展，人们对显示终端的要求也越来越高，怎样制备高水平的显示终端已成为现在社会的技术项目。薄膜电致发光（TFEL）器件以其主动发光、视角大、平板化、全固化、响应速度快、环境适应性强、寿命长等优点正好满足了人们的这种需求，倍受人们关注，得以迅速发展，而无机电致发光薄膜是最有竞争潜力的下一代平板显示技术之一。五、六十年代，人们对电致发光器件的研究主要集中在粉末电致发光器件（PELD）上。这种粉末状态发光层对光线的散射造成的低对比度，以及因电极直接接触发光层而使发光层的电流过大，导致器件易老化、易击穿等缺点，电致发光的研究在60年代末期趋于停滞。电致发光研究的真正革命发生在1974年，日本Sharp公司的T.Inoguchi等人推出双绝缘层结构的TFE器件，该器件具有很好的稳定性和寿命。单色TFEL器件的亮度可达8000cd/cm，寿命可达上万小时。日本、美国和芬兰等国已经用这种结构做出计算机显示终端。为实现TFEL器件的彩色化，90年代初，徐叙等人提出了分层优化的器件结构。这对提高发光层中碰撞激发发光中心实现发光的电子能量、提高发光亮度和发光效率，以及解决“蓝光问题”等都具有重要意义。近年来，各国的研究小组也在积极试制各种TFEL器件，摸索了一套TFEL器件的制备工艺，为实现TFEL器件的产业化奠定了基础。同时，也发现了一些新问题，为下一步材料、器件的研究提出了方向。2、介绍TFEL器件的结构和原理传统的TFEL器件采用夹层结构（如图1），即在两绝缘层之间夹一个发光层，绝缘层外侧为电极层，用于施加电压，其中一个电极层为透明电极，使发光层的发光能够透出。电致发光的物理过程可简述如下（如图2）在电场作用下，AIM a诿团购相州I蒲膜电致好此、热件绯尚示意图发光层与绝缘层界面能级处束缚的电子隧穿发射至发光层1;同时，发光层中杂质和缺陷也电离一部分电子，这些电子在电场作用下被加速2;当其能量增到足够大时，碰撞激发发光中心，从而实现发光AIM a诿团购相州I蒲膜电致好此、热件绯尚示意图夹层结构中的绝缘层被一系列的电子加速层所代替，就是我们所说的分层优化结构。在这种结构中，从电极处发射的电子，在这些加速层中被多次加速,获得了足够高的能量,然后进入发光层,碰撞激发发光中心，实现发光。这种加速过程和发光过程的分离，使我们能够独立地对各层进行分层优化。这无论是对电子能量、发光亮度，还是发光效率的提高都具有重要意义。3、 无机TFEL研究的一般方法发光粉的制备:发光粉的典型制备方法是将所需的原材料，按一定的化学计量比混合均匀，压片，将压好的片在一定的温度和气氛下烧结，烧结温度、环境气氛、烧结时间的长短是应考虑的几个因素。烧结过程除了通过有关的化学反应得到所需的基质材料外，还可使发光中心向基质材料中均匀扩散。通常制备硫化物基质材料时还需要补硫，这就需要在考虑硫含量的同时，还要注意污染问题。4、 TFEL所面临的主要问题电致发光研究在得以迅速发展的同时，也并非总是一帆风顺的，也存在一系列的问题。主要表现在以下几个方面。首先是器件的稳定性不够，有些材料在高场作用下内部离子发生迁移。其次是发光材料的稳定性和附着性差。第三是薄膜电致发光的驱动电压一般比较高，无法利用通常的集成电路，需要高压集成电路。然而，与上述这些问题相比，更加严重的问题在于难于实现全色显示。TFEL的发展方向就是实现全色显示，而长期以来，难以得到亮度高、色纯度好的蓝色发光。在全色显示所需的红、蓝、绿三基色中，红色和绿色已经达到了实用化要求，而蓝光的亮度则仍然不够，这已成为实现全色化的最大障碍，即所说的“蓝光问题”，成为实现全色化的瓶颈问题。另外，TFEL器件还存在效率不够高、寿命不够长、制备工艺不够完善等问题。5提高蓝光亮度的新探索尽管TFEL显示还存在种种问题，但人们对它的研究兴趣却丝毫未减。在对发光材料的研究过程中也取得一些进展，几种常见的发光材料研究进展在表1中已经给出(表中的CIE表示发光颜色的色坐标，下同)。表1几种TEFL材料的研究进展发光材料发光颜色CIECIE亮 度(cd/m2)(60Hz)发光效率(lm/W)xyZnS:Mn黄色0.500.503003~6CaS:Eu红色0.680.31120.2ZnS:Mn/fliter红色0.650.35650.8ZnS:Tb绿色0.300.601000.6~1.3ZnS:Mn/SrS:Ce白色0.440.484701.5蓝光问题是阻碍TFEL器件实现全色化的最大障碍。为此，各国的科研小组围绕着提高蓝光亮度进行了大量投入，开展了多方面的科研工作，包括对器件结构的优化、改善发光薄膜的结晶状态、提高发光中心浓度、改善制备工艺、采用新的制备方法、寻找新的蓝光材料等，这些努力都在不同程度上提高了TFEL器件的蓝光亮度，改善了器件性能。人们找到了一些性能较好的蓝色电致发光材料比如：①SrS:Ce是人们最早发现的性能较好的蓝色电致发光材料也是人们研究最多的蓝光材料之一。尽管在近几年的研究中人们又发现了一些性能较好的蓝色发光材料，但是SrS:Ce仍然被认为是最有前途蓝光材料。以SrS:Ce作为发光体，在60Hz时可获得100cd/m2的蓝绿光，经滤光片滤光后可得到全色显示所需的蓝光成份。但SrS:Ce的发光也存在色纯度差、SrS材料易潮解等问题,且SrS:Ce薄膜中存在大量的硫空位，这些硫空位的大量存在将会导致发光的淬灭。高温下的退火处理能够提高SrS的结晶质量，促进发光中心Ce3+的形成。因此，退火处理被广泛应用于SrS:Ce的研究中°Kouto等人早在1994年就利用退火方法获得了 1kHz电压驱动下发光亮度为800cd/m发光效率为O. 42lm/W的SrS：Ce薄膜电致发光器件。最近日本的Taka等将SrS：Ce器件在2%HS-98%Ar气氛下的退火，可使其发光亮度达2000cd/m2以上，滤光后仍然能够得到相当强的蓝光。这是因为H2S种的S填补了其中的S空位，使其中的s空位减少的原因。 2②MGaS:Ce(M=Ca,Sr,Ba)人们4在研究硫代镓酸盐MGa2S4:Ce(M=Ca,Sr,Ba)后发现，Ce原子在其中的发光波长比在SrS中短，色4纯度较好，且这种材料稳定性好，不易潮解。B©nalloul等人对硫代镓酸盐进行了较为详细的研究，在蓝光方面也取得了一些进展，结果如表2。硫代镓酸盐在实验室条件下得到了60Hz时10cd/m2的发光亮度，峰值波长在459nm。这种材料无论是亮度、稳定性还是色坐标都基本达到了彩色化的要求。因此MGaS:Ce(M=Ca,Sr,Ba)是一种很有意义的蓝色发光材料。其缺点是发光效低、发光材料难以制备、薄膜结晶状态差等。虽说以上这些材料有很好的发光特性，但都未达到产业化的要求。之后直到1999年N.Miura等采取双源脉冲电子束蒸发法制备出在50Hz交流驱动下亮度达65cd/m2的BaAl§:EuTFEL器件南光薄膜才真正意义上得到应用。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为矿化剂合成了掺Eu2+发光中心的碱土硫代铝酸盐、碱土硫代镓酸盐、碱土硫代铟酸盐，发现发光效率最高的是SrGa2S:Eu中Ew+激发态跃迁。以后有人发现了一系列的掺Eu的发光材料导致对高性能南光材料BaAl2S4:Eu的发现。 24为了提高BaAl§:Eu蓝光薄膜的亮度、色纯性以及降低退火温度，人们引入其他元素部分取代BaAlS:Eu中Ba位、Al位、S位。经过研究发现用Mg取代部分Ba可以降低薄膜的退2火温度;在制备上采取双源电子束蒸发一个源是BaS:Eu,另一个源是AlS，沉积过程中多数采用HS补S,原则上也可采用其他含s的化23 2合物补，；若采用混有元素S的四源电子束蒸发制备BaAlS:Eu薄膜并在含元素S的蒸发源附近设液氮冷阱以限制过量S和O2等其他有害物质沉积到薄膜，这样可有效提高薄膜的亮度。但由于双源脉冲或共蒸发沉积设备昂贵且难于实现大面积镀膜，溅射法制备BaAlS4:Eu薄膜近来被广泛采用。这种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显示器是唯一全固化的平板显示器，它具有主动发光、体积小、视角大、分辨率高、适应温度宽、响应速度快和对比度高等优点，而且比通常的薄膜晶体管TFT和液晶LCD的制备工序少，因此正以其独特的优势迅速发展。单色显示器已经商品化，彩色TF