一種內含摻雜量子點的硫化鋅薄膜交流電致發光器件及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄膜交流電致發光器件及其制備方法,具體涉及一種內含摻雜半導體量子點的硫化鋅薄膜交流電致發光器件及其制備方法。本發明的薄膜交流電致發光器件包括依次設置的ITO導電玻璃層(5)、第一絕緣層（4）、發光層（3）、第二絕緣層（2）、金屬電極層（1）。所述發光層（3）為硫化鋅溶膠與摻雜半導體量子點混合，采用硫化鋅溶膠與摻雜半導體量子點混合制備的發光層（3）可以提高導電性能，有效增強摻雜半導體量子點的發光效率。同時在以硫化鋅溶膠與摻雜半導體量子點混合薄膜為發光層（3）的薄膜電致發光器件制備中，控制發光層的厚度也變得相對容易。
【專利說明】一種內含摻雜量子點的硫化鋅薄膜交流電致發光器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種薄膜交流電致發光器件及其制備方法，具體涉及一種內含摻雜半導體量子點的硫化鋅薄膜交流電致發光器件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，薄膜交流電致發光器已經應用于高分辨的平板顯示器。薄膜交流電致發光器件具有抗擊穿能力強，壽命更長，低功率高亮度等優點。薄膜式電致發光顯示器(TFEL)與液晶顯示器(LCD)相比，具有無需背光源，發光強度高，響應速度快等優點；與陰極射線顯示器(CRT)相比，具有能耗低，且發光效率高，視角廣等優點；與等離子體顯示器(PDP)相t匕，也具有造價低廉，使用安全，壽命長等優點。
[0003]TFEL器件要求制備的發光層致密度高、缺陷少以防止在高壓下出現電擊穿現象，影響發光器件的效率和使用壽命。傳統的TFEL器件的發光層的上、下設置有絕緣層，絕緣層采用高介電常數的絕緣介質，從而使發光層有了上下絕緣層的保護，同時增加ZnS或ZnO等半導體材料作為電子產生或傳輸層，從而提高熒光粉的電激發效率。另外，麻省理工學院(MIT)的研究者成功研制了以硫化鋅半導體層與摻雜量子點層交替結構為功能層的交流電致發光器件。但是，硫化鋅半導體層與摻雜量子點層采用的是交替結構，工藝比較復雜，且無法實現對摻雜量子點的有效激發，從而難以實現摻雜量子點的最佳發光性能。而傳統以ZnS:Mn為發光層的薄膜交流電致發光器件是通過真空沉積的方法實現的，該方法需要高真空，高純度的原材料等嚴苛要求，無法實現廣泛應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種內含摻雜半導體量子點的硫化鋅薄膜交流電致發光器件及其制備方法，器件發光層采用硫化鋅和摻雜半導體量子點混合薄膜。該方法可以提高TFEL器件發光層的導電性能，提高載流子的密度，增強摻雜半導體量子點的激發效率，提高器件發光效率。同時工藝簡單，控制發光層的厚度也變得相對容易。
[0005]本發明的一種薄膜交流電致發光器件，包括依次設置的ITO導電玻璃層、第一絕緣層、發光層、第二絕緣層和金屬電極層，所述發光層為硫化鋅溶膠凝膠與摻雜半導體量子點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]本發明的一種薄膜交流電致發光器件的制備方法，包括以下幾個步驟:
1.)在ITO導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，反應生成ZnS殼，得到CdS:Mn/ZnS摻雜半導體量子點；
3.)將轉水后的油性摻雜半導體量子點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惰性氣體環境中退火處理，形成發光層薄膜；
4.)在發光層上制備第二絕緣層，最終形成薄膜交流電致發光器件。
[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摻雜半導體量子點時，通過控制Mn的含量，使摻雜粒子Mn的發光強度與CdS的本征發光相當，可以直接制備出發出白光的CdS:Mn/ZnS摻雜半導體量子點。使用該量子點制備出的硫化鋅(ZnS)與摻雜半導體量子點CdS:Mn/ZnS混合薄膜的TFEL器件可以實現白色發光。
[0012]相較于傳統ACTFEL器件，本發明工藝簡單，成本低，而且本發明的發光層是由摻雜半導體量子點與ZnS溶膠凝膠混合，從而實現液相制備摻雜半導體量子點與ZnS混合發光層。使得ZnS材料可以在高電場下產生豐富的電子，電子在電場的加速下高速撞擊摻雜半導體量子點，從而有效激發摻雜半導體量子點，顯著提高摻雜半導體量子點的激發效率，因此能顯著提高器件的發光效率。但是ZnS溶膠凝膠并不是影響器件發光與否的關鍵，關鍵在摻雜半導體量子點，ZnS溶膠凝膠只起到提高器件發光效率的作用，因此ZnS溶膠凝膠與摻雜半導體量子點的用量比例關系可以在很大的范圍內進行選擇。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實施方式】I中得到的CdS的吸收和熒光譜，其中虛線為吸收光譜，實線為熒光譜；
圖2為【具體實施方式】I中得到的CdS:Mn/ZnS半導體量子點納米材料的吸收和熒光譜，其中虛線為吸收光譜，實線為熒光譜；
圖3為CdS:Mn/ZnS半導體量子點的透射電鏡(TEM)圖；
圖4為薄膜交流電致發光器件的結構示意圖；
圖中:金屬電極層1、第二絕緣層2、發光層3、第一絕緣層4、ITO導電玻璃層5、交流電6。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
本器件的制備包括以下幾個步驟:
(I)制備第一絕緣層
首先對ITO導電玻璃層5進行超聲清洗，烘干。在ITO電極上通過電子束熱蒸發的方法鍍上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)制備摻雜半導體量子點CdS:Mn/ZnS
采用Growth-doping方法合成CdS:Mn/ZnS。首先在三頸燒瓶中Ar氣環境下將Cd的前驅CdO和Oleic acid,ODE攪拌除氣15min，230°C下注入S的前驅反應5min，提純離心后得到CdS量子點。取一定量的CdS量子點、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30分鐘。溫度升至250°C穩定后，先后注入S/ODE、ZnSt2/0DE,反應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體量子點CdS:Mn/ZnS。
[0017](4)摻雜半導體量子點CdS:Mn/ZnS水相轉換
取上述制備的CdS:Mn/ZnS摻雜半導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小時出現絮狀沉淀物。用CHC13反復提純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)制備發光薄膜
然后將制備好的硫化鋅溶膠凝膠與摻雜半導體量子點CdS:Mn/ZnS的混合溶液在Ta2O5絕緣層上旋涂成膜，形成發光層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
在發光層3上通過電子束蒸發的方法制備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光器件。
[0021]實施例2
本實施例與實施例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]實施例3
本實施例與實施例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]取實施例1所得的CdS和CdS:Mn/ZnS半導體量子點納米材料進行吸收和熒光譜試驗得到圖1和圖2，從圖1可以看出CdS的吸收峰和熒光發射峰明顯，說明CdS核已形成，可用于進一步合成CdS:Mn/ZnS半導體量子點。圖2，可以看出:CdS:Mn/ZnS半導體量子點的吸收和熒光峰明顯，說明CdS:Mn/ZnS半導體量子點已經形成，可用于制備薄膜。
[0024]取實施例1所得的CdS:Mn/ZnS半導體量子點納米材料進行透射電鏡試驗得到圖3，從圖3中可以看出:CdS:Mn/ZnS半導體量子點已經形成，且粒徑均勻分布(平均直徑為7nm),晶格明顯。
【權利要求】
1.一種薄膜交流電致發光器件，包括依次設置的ITO導電玻璃層(5)、第一絕緣層(4)、發光層(3)、第二絕緣層(2)和金屬電極層(I )，其特征在于:所述發光層(3)為硫化鋅溶膠與摻雜半導體量子點CdS:Mn/ZnS混合的薄膜。
2.根據權利要求1所述的薄膜交流電致發光器件，其特征在于:所述的金屬電極層(I)的材料為金、招或銀。
3.根據權利要求1所述的薄膜交流電致發光器件，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。
4.一種如權利要求1中所述的薄膜交流電致發光器件的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括以下幾個步驟: 1.)在ITO導電玻璃層(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，反應生成ZnS殼，得到CdS:Mn/ZnS摻雜半導體量子點； 3.)將轉水后的油性摻雜半導體量子點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惰性氣體環境中退火處理，得到發光層(3)，發光層(3)的膜厚為IOO-1OOOnm ； 4.)在發光層(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光器件。 5.根據權利要求4所述的薄膜交流電致發光器件的制備方法，其特征在于:所述的金屬電極層(I)的材料為金、鋁或銀。
6.根據權利要求4所述的薄膜交流電致發光器件的制備方法，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】H01L33/26GK103887391SQ201410155924
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】張家雨, 于永亞 申請人:東南大學