專利名稱：氧化物發光薄膜的制備方法
技術領域：
本發明屬于發光薄膜的制備方法。
背景技術：
發光薄膜是一種重要的功能材料，在陰極射線管、電致發光及場發射顯示器件中起十分重要的作用。同傳統的由發光粉制成的顯示屏相比，發光薄膜在對比度、熱傳導、均勻性、與基底的附著性、釋氣速率等方面都顯示出較強的優越性。因此制備性能良好的發光薄膜有著十分重大的意義。現有發光薄膜的制備方法包括激光誘導沉積(PLD)和金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等。這些方法除了其獨特優點之外，都存在工藝比較復雜、設備比較昂貴等局限性。例如，美國的S.L.Jones等人在Appl.Phys.Lett.，1997，Vol.71，No.3，P404上發表一篇有關采用脈沖激光誘導法在單晶硅片上沉積Y2O3Eu發光薄膜的文章，該文中除所用KrF激光設備比較昂貴以外，工藝也比較復雜，其過程是先把市售的Y2O3Eu發光粉與10wt％的Ag2O混合并壓成直徑為1英寸的薄片，將薄片在1400℃燒結48h制成靶材，用248nm的激光轟擊靶材使之揮發然后沉積在800℃的單晶硅片上成膜，薄膜最后還需在1300℃退火不同時間。MOCVD制膜過程中主要使用價格昂貴而且有毒的金屬有機化合物為起始原料，而且其設備更加昂貴。G.A.Hirata等人用MOCVD法制備了(Y0.92Eu0.08)2O3發光薄膜，祥見J.Appl.Phys.，2001，Vol.90，No.8，P3919。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種發光薄膜；另一目的是提供一種制備發光薄膜的方法。本發明選擇價格低廉且無毒的金屬氧化物為主要原料，選擇聚乙二醇為防止金屬離子的團聚的表面活性劑，選擇檸檬酸為金屬離子的絡合劑，同時利用檸檬酸、聚乙二醇的量來調節鍍膜溶液的粘度，使薄膜的厚度控制在理想的范圍之內。
本發明制備的發光薄膜其化學表達式為R2(1-x)O3A2x其中0＜x≤0.05；R＝Y，La，Gd，Lu，Ga，In；A＝Eu，Sm，Tm，Tb，Dy，Er。
本發明所使用的原料選用純度為99.99％的Eu2O3，Sm2O3，Tb4O7，Dy2O3，Er2O3，Y2O3，Tm2O3，La2O3，Gd2O3，Lu2O3，Ga2O3，In2O3，溶劑為水和乙醇，HNO3或HCl用于溶解氧化物原料，絡合劑為分析純的檸檬酸，表面活性劑為聚乙二醇，分子量＝10000。
制備過程是在室溫或加熱的條件下，按化學計量將上述一種或兩種氧化物原料用硝酸或鹽酸溶解，加入含有檸檬酸的水和乙醇的混合溶液H2O/C2H5OH體積比為1∶9，保持檸檬酸與金屬陽離子的摩爾比為2∶1，再加入聚乙二醇2-6g，選擇石英片或單晶硅片為基底，采用浸漬的方法鍍膜；將得到的薄膜放于100-120℃烘箱中干燥2小時，然后放于程序升溫爐中以60-70℃/h的升溫速度升溫至500℃并保留2-3小時，再以100-300℃/h的升溫速度燒結至溫度900-1000℃，或最終在體積比5H2％+95N2％的還原氣氛下于900-1000℃燒結4小時形成發光薄膜。
本發明制備的發光薄膜表面均勻、致密無開裂，薄膜粒子大小均勻在10-50nm，而且厚度可控在100-300nm。工藝設備簡單、原料易得、成本低且無毒。
具體實施例方式
如下實施例1Y1.96O3Eu0.04發光薄膜室溫下，將0.98mmol Y2O3和0.02mmol的摻雜離子的氧化物Eu2O3用2ml濃HNO3和2ml去離子水加熱溶解，冷卻后將兩種溶液混合，加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68g檸檬酸和2g聚乙二醇，攪拌1h后，在清洗干凈的石英玻璃襯底上用浸漬法鍍膜，提拉速度為0.2cm/s。將薄膜在100℃干燥2h，然后放于程序升溫爐中以60℃/h的升溫速度加熱到500℃并保留2小時，再以100℃/h的升溫速度燒結至900℃并保留4h。所得透明薄膜表面均勻、致密無開裂，單層膜厚度為100nm，粒子平均粒徑10nm。紫外光照射下，薄膜發紅光。
實施例2Gd1.98O3Dy0.02發光薄膜室溫下，將0.99mmolGd2O3和0.01mmol Dy2O3混合物用2ml濃HNO3和2ml去離子水加熱溶解，加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68g檸檬酸和3g聚乙二醇攪拌1h后，在清洗干凈的單晶硅片襯底上用浸漬法鍍膜，提拉速度為0.2cm/s。將薄膜在110℃干燥2h，然后放于程序升溫爐中以70℃/h的升溫速度加熱到500℃并保留3小時，再以200℃/h的升溫速度燒結至950℃并保留4h。薄膜的表面均勻致密無開裂，單層膜厚度為150nm，粒子平均粒徑15nm。紫外光照射下，薄膜發黃光。
實施例3Lu1.98O3Sm0.02發光薄膜室溫下，將0.99mmolLu2O3和0.01mmol Sm2O3混合物用2ml濃HNO3和2ml去離子水加熱溶解，加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68檸檬酸、4g聚乙二醇，攪拌1h后，在清洗干凈的石英片襯底上用浸漬法鍍膜，提拉速度為0.2cm/s。將薄膜在120℃干燥2h，然后放于程序升溫爐中以65℃/h的升溫速度加熱到500℃并保留3小時，再以300℃/h的升溫速度燒結至1000℃并保留4h。。薄膜的表面均勻致密無開裂，單層膜厚度為160nm，粒子平均粒徑20nm。紫外光照射下，薄膜發橙紅光。
實施例4La1.96O3Er0.04發光薄膜室溫下，將0.98mmolLa2O3和0.02mmol Er2O3混合物用2mlHNO3和2ml去離子水加熱溶解，冷卻后加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68g檸檬酸、5g聚乙二醇，過程同實施例1。薄膜的表面均勻致密無開裂，單層膜厚度為200nm，粒子平均粒徑30nm。紫外光照射下，薄膜發綠光。
實施例5Ga1.98O3Tm0.02發光薄膜室溫下，將0.99mmolGa2O3和0.01mmol Tm2O3用2ml濃HCl和2ml去離子水加熱溶解，冷卻后加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68g檸檬酸、6g聚乙二醇，過程同實施例2。薄膜的表面均勻致密無開裂，單層膜厚度為230nm，粒子平均粒徑50nm。紫外光照射下，薄膜發藍光。
實施例6In1.90O3Tb0.10發光薄膜室溫下，將0.95mmolIn2O3和0.025mmolTb4O7用2ml濃HNO3和2ml去離子水加熱溶解，冷卻后加入30ml體積比為9∶1乙醇和水的混合溶液，在攪拌的條件下加入1.68g檸檬酸、5g聚乙二醇，過程同實施例4，最終在5H2％+95N2％(體積比)還原氣氛下于1000℃燒結4小時。薄膜的表面均勻致密無開裂，單層膜厚度為200nm，粒子平均粒徑30nm。紫外光照射下，薄膜發綠光。
權利要求
1.一種發光薄膜，其特征在于化學表達式為R2(1-x)O3A2x其中0＜x≤0.05；R＝Y，La，Gd，Lu，Ga，In；A＝Eu，Sm，Tm，Tb，Dy，Er。
2.一種發光薄膜的制備方法，其特征在于選用純度為99.99％的Eu2O3，Sm2O3，Dy2O3，Er2O3，Y2O3，Tm2O3，La2O3，Gd2O3，Lu2O3，Tb4O7，Ga2O3，In2O3其中的一種或兩種氧化物為起始原料；溶劑為水和乙醇；HNO3或HCl用于溶解氧化物原料；絡合劑為分析純的檸檬酸；表面活性劑為聚乙二醇，分子量＝10000；制備過程按化學計量將一種或兩種氧化物原料用硝酸或鹽酸溶解，加入含有檸檬酸的水和乙醇的混合溶液H2O/C2H5OH體積比為1∶9，保持檸檬酸與金屬陽離子的摩爾比為2∶1，再加入聚乙二醇2-6g，攪拌使溶液混合均勻，選擇石英片或單晶硅片為基底，采用浸漬的方法鍍膜；將得到的薄膜放于100-120℃烘箱中干燥2小時，然后放于程序升溫爐中以60-70℃/h的升溫速度升溫至500℃并保留3小時，再以100-300℃/h的升溫速度燒結至溫度900-1000℃，或最終在體積比5H2％+95N2％的還原氣氛下于900-1000℃燒結4小時形成發光薄膜。
3.如權利要求2所述的發光薄膜的制備方法，其特征在于薄膜的厚度和粒子的大小通過加入檸檬酸和聚乙二醇的量來調節。
全文摘要
本發明屬于發光薄膜的制備方法。該發光薄膜的化學表達式為:R
文檔編號G02B1/10GK1374365SQ02116450
公開日2002年10月16日 申請日期2002年4月5日 優先權日2002年4月5日
發明者林君, 逄茂林, 于敏 申請人:中國科學院長春應用化學研究所