一種內(nèi)含摻雜量子點(diǎn)的硫化鋅薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法,具體涉及一種內(nèi)含摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的硫化鋅薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法。本發(fā)明的薄膜交流電致發(fā)光器件包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層(5)、第一絕緣層（4）、發(fā)光層（3）、第二絕緣層（2）、金屬電極層（1）。所述發(fā)光層（3）為硫化鋅溶膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)混合，采用硫化鋅溶膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)混合制備的發(fā)光層（3）可以提高導(dǎo)電性能，有效增強(qiáng)摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光效率。同時(shí)在以硫化鋅溶膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)混合薄膜為發(fā)光層（3）的薄膜電致發(fā)光器件制備中，控制發(fā)光層的厚度也變得相對(duì)容易。
【專利說明】一種內(nèi)含摻雜量子點(diǎn)的硫化鋅薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法，具體涉及一種內(nèi)含摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的硫化鋅薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，薄膜交流電致發(fā)光器已經(jīng)應(yīng)用于高分辨的平板顯示器。薄膜交流電致發(fā)光器件具有抗擊穿能力強(qiáng)，壽命更長，低功率高亮度等優(yōu)點(diǎn)。薄膜式電致發(fā)光顯示器(TFEL)與液晶顯示器(LCD)相比，具有無需背光源，發(fā)光強(qiáng)度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)；與陰極射線顯示器(CRT)相比，具有能耗低，且發(fā)光效率高，視角廣等優(yōu)點(diǎn)；與等離子體顯示器(PDP)相t匕，也具有造價(jià)低廉，使用安全，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]TFEL器件要求制備的發(fā)光層致密度高、缺陷少以防止在高壓下出現(xiàn)電擊穿現(xiàn)象，影響發(fā)光器件的效率和使用壽命。傳統(tǒng)的TFEL器件的發(fā)光層的上、下設(shè)置有絕緣層，絕緣層采用高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)，從而使發(fā)光層有了上下絕緣層的保護(hù)，同時(shí)增加ZnS或ZnO等半導(dǎo)體材料作為電子產(chǎn)生或傳輸層，從而提高熒光粉的電激發(fā)效率。另外，麻省理工學(xué)院(MIT)的研究者成功研制了以硫化鋅半導(dǎo)體層與摻雜量子點(diǎn)層交替結(jié)構(gòu)為功能層的交流電致發(fā)光器件。但是，硫化鋅半導(dǎo)體層與摻雜量子點(diǎn)層采用的是交替結(jié)構(gòu)，工藝比較復(fù)雜，且無法實(shí)現(xiàn)對(duì)摻雜量子點(diǎn)的有效激發(fā)，從而難以實(shí)現(xiàn)摻雜量子點(diǎn)的最佳發(fā)光性能。而傳統(tǒng)以ZnS:Mn為發(fā)光層的薄膜交流電致發(fā)光器件是通過真空沉積的方法實(shí)現(xiàn)的，該方法需要高真空，高純度的原材料等嚴(yán)苛要求，無法實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)含摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的硫化鋅薄膜交流電致發(fā)光器件及其制備方法，器件發(fā)光層采用硫化鋅和摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)混合薄膜。該方法可以提高TFEL器件發(fā)光層的導(dǎo)電性能，提高載流子的密度，增強(qiáng)摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的激發(fā)效率，提高器件發(fā)光效率。同時(shí)工藝簡單，控制發(fā)光層的厚度也變得相對(duì)容易。
[0005]本發(fā)明的一種薄膜交流電致發(fā)光器件，包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層、第一絕緣層、發(fā)光層、第二絕緣層和金屬電極層，所述發(fā)光層為硫化鋅溶膠凝膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS混合的薄膜。
[0006]所述的金屬電極層的材料為金、鋁或銀中的一種。
[0007]所述的第一絕緣層和第二絕緣層的材料為Ta205、Si02、A1203或Ti02中的一種。
[0008]本發(fā)明的一種薄膜交流電致發(fā)光器件的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟:
1.)在ITO導(dǎo)電玻璃上制備第一絕緣層；
2.)合成CdS核，然后在120°C吸附Mn，250°C分別注入S/0DE、ZnSt2/0DE，反應(yīng)生成ZnS殼，得到CdS:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)；
3.)將轉(zhuǎn)水后的油性摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)放入硫化鋅溶膠凝膠中，用旋涂成膜的方法在第一絕緣層上均勻成膜，然后在100°c?200°C惰性氣體環(huán)境中退火處理，形成發(fā)光層薄膜；
4.)在發(fā)光層上制備第二絕緣層，最終形成薄膜交流電致發(fā)光器件。
[0009]所述的金屬電極層的材料為金、鋁或銀中的一種。
[0010]所述的第一絕緣層和第二絕緣層的材料為Ta205、Si02、A1203或Ti02中的一種。
[0011]在上述制備CdS:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)時(shí)，通過控制Mn的含量，使摻雜粒子Mn的發(fā)光強(qiáng)度與CdS的本征發(fā)光相當(dāng)，可以直接制備出發(fā)出白光的CdS:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)。使用該量子點(diǎn)制備出的硫化鋅(ZnS)與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS混合薄膜的TFEL器件可以實(shí)現(xiàn)白色發(fā)光。
[0012]相較于傳統(tǒng)ACTFEL器件，本發(fā)明工藝簡單，成本低，而且本發(fā)明的發(fā)光層是由摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)與ZnS溶膠凝膠混合，從而實(shí)現(xiàn)液相制備摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)與ZnS混合發(fā)光層。使得ZnS材料可以在高電場(chǎng)下產(chǎn)生豐富的電子，電子在電場(chǎng)的加速下高速撞擊摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)，從而有效激發(fā)摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)，顯著提高摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的激發(fā)效率，因此能顯著提高器件的發(fā)光效率。但是ZnS溶膠凝膠并不是影響器件發(fā)光與否的關(guān)鍵，關(guān)鍵在摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)，ZnS溶膠凝膠只起到提高器件發(fā)光效率的作用，因此ZnS溶膠凝膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)的用量比例關(guān)系可以在很大的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實(shí)施方式】I中得到的CdS的吸收和熒光譜，其中虛線為吸收光譜，實(shí)線為熒光譜；
圖2為【具體實(shí)施方式】I中得到的CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米材料的吸收和熒光譜，其中虛線為吸收光譜，實(shí)線為熒光譜；
圖3為CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)的透射電鏡(TEM)圖；
圖4為薄膜交流電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:金屬電極層1、第二絕緣層2、發(fā)光層3、第一絕緣層4、ITO導(dǎo)電玻璃層5、交流電6。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
本器件的制備包括以下幾個(gè)步驟:
(I)制備第一絕緣層
首先對(duì)ITO導(dǎo)電玻璃層5進(jìn)行超聲清洗，烘干。在ITO電極上通過電子束熱蒸發(fā)的方法鍍上Ta2O5絕緣層，即為第一絕緣層4。
[0015](2)制備硫化鋅溶膠凝膠
把醋酸鋅(Zn(CH3COO).ZH O)溶液和乙二胺(En)在燒杯中攪拌均勻，加入少量鹽酸。
之后，再邊攪拌邊加入硫代乙酰胺。最后，加入少量鹽酸，得到ZnS溶膠凝膠。
[0016](3)制備摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS
采用Growth-doping方法合成CdS:Mn/ZnS。首先在三頸燒瓶中Ar氣環(huán)境下將Cd的前驅(qū)CdO和Oleic acid,ODE攪拌除氣15min，230°C下注入S的前驅(qū)反應(yīng)5min，提純離心后得到CdS量子點(diǎn)。取一定量的CdS量子點(diǎn)、油胺和ODE于50ml的三頸燒瓶，除氣后的混合物加熱到120°C。在此溫度下注入MnSt2/0DE反應(yīng)30分鐘。溫度升至250°C穩(wěn)定后，先后注入S/ODE、ZnSt2/0DE,反應(yīng)30分鐘形成ZnS殼層。降溫到60°C以下，多次提純并離心得到摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS。
[0017](4)摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS水相轉(zhuǎn)換
取上述制備的CdS:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體納米材料溶于少量CHC13，加入巰基丙酸至溶液渾濁，將渾濁液超聲2小時(shí)出現(xiàn)絮狀沉淀物。用CHC13反復(fù)提純3次得到沉淀，加入少量去離子水和四甲基氫氧化銨至沉淀溶解。將水相CdS:Mn/ZnS溶于少量去離子水中。
[0018](5)制備發(fā)光薄膜
然后將制備好的硫化鋅溶膠凝膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS的混合溶液在Ta2O5絕緣層上旋涂成膜，形成發(fā)光層3，旋涂成膜后的玻璃片在氬氣中100°C退火，膜厚控制在lOOnm。
[0019](6)制備第二絕緣層
在發(fā)光層3上通過電子束蒸發(fā)的方法制備Ta2O5絕緣層，即為第二絕緣層2。
[0020](7)制備金屬電極層
在第二絕緣層2上鍍上Al電極，形成金屬電極層I后最終得到薄膜交流電致發(fā)光器件。
[0021]實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于:成膜后的玻璃片在IS氣中150°c退火，膜厚控制在500nm。
[0022]實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于:成膜后的玻璃片在氬氣中200°C退火，膜厚控制在lOOOnm。
[0023]取實(shí)施例1所得的CdS和CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米材料進(jìn)行吸收和熒光譜試驗(yàn)得到圖1和圖2，從圖1可以看出CdS的吸收峰和熒光發(fā)射峰明顯，說明CdS核已形成，可用于進(jìn)一步合成CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)。圖2，可以看出:CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)的吸收和熒光峰明顯，說明CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)已經(jīng)形成，可用于制備薄膜。
[0024]取實(shí)施例1所得的CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)納米材料進(jìn)行透射電鏡試驗(yàn)得到圖3，從圖3中可以看出:CdS:Mn/ZnS半導(dǎo)體量子點(diǎn)已經(jīng)形成，且粒徑均勻分布(平均直徑為7nm),晶格明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜交流電致發(fā)光器件，包括依次設(shè)置的ITO導(dǎo)電玻璃層(5)、第一絕緣層(4)、發(fā)光層(3)、第二絕緣層(2)和金屬電極層(I )，其特征在于:所述發(fā)光層(3)為硫化鋅溶膠與摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)CdS:Mn/ZnS混合的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜交流電致發(fā)光器件，其特征在于:所述的金屬電極層(I)的材料為金、招或銀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜交流電致發(fā)光器件，其特征在于:所述的第一絕緣層(4)和第二絕緣層(2)的材料為Ta205、Si02、A1203或Ti02。
4.一種如權(quán)利要求1中所述的薄膜交流電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括以下幾個(gè)步驟: 1.)在ITO導(dǎo)電玻璃層(5)上制備第一絕緣層(4)； 2.)合成CdS核，然后在120°C吸附Mn，250°C分別注入S/0DE、ZnSt2/0DE，反應(yīng)生成ZnS殼，得到CdS:Mn/ZnS摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)； 3.)將轉(zhuǎn)水后的油性摻雜半導(dǎo)體量子點(diǎn)放入硫化鋅溶膠凝膠中，用旋涂成膜的方法在第一絕緣層上均勻成膜，然后在100°c?200°C惰性氣體環(huán)境中退火處理，得到發(fā)光層(3)，發(fā)光層(3)的膜厚為IOO-1OOOnm ； 4.)在發(fā)光層(3)上制備第二絕緣層(2)；
5.)在第二絕緣層(2)上制備金屬電極層(I)，最終形成薄膜交流電致發(fā)光器件。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜交流電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:所述的金屬電極層(I)的材料為金、鋁或銀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄膜交流電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:所述的第一絕緣層(4)和第二絕緣層(2)的材料為Ta205、Si02、A1203或Ti02。
【文檔編號(hào)】H01L33/26GK103887391SQ201410155924
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】張家雨, 于永亞 申請(qǐng)人:東南大學(xué)