于長鳳 朱小平 凌 青 張脈官

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，景德鎮(zhèn)：333001）

1 前言

金屬氧化物系電致發(fā)光材料已引起各國研究者的高度重視。金屬氧化物具有化學(xué)穩(wěn)定性好，材料的種類多，發(fā)光色純度高，容易得到三基色等優(yōu)點(diǎn)。以氧化鎵、鎵酸鹽、硅酸鹽及其它含氧化合物為基質(zhì)材料，通過摻雜不同的過渡金屬或稀土元素離子，得到了紅、綠、藍(lán)三基色的電致發(fā)光材料?？梢灶A(yù)見，在不久的將來金屬氧化物系電致發(fā)光材料及其平板顯示器件將成為信息顯示領(lǐng)域的一朵奇葩。

與同傳統(tǒng)的發(fā)光粉制成的顯示屏相比，發(fā)光薄膜在對比度、分辨率、熱傳導(dǎo)、均勻性、與基底的附著性、釋氣速率等方面都顯示出較強(qiáng)的優(yōu)越性。因此制備出良好的發(fā)光薄膜就顯得格外重要。

實(shí)現(xiàn)金屬氧化物材料高亮度發(fā)光的最根本的途徑是改善氧化物發(fā)光層的結(jié)晶狀況。但要使金屬氧化物較好結(jié)晶，一般需要l000℃左右的高溫處理，不僅對基片材料提出了更高的要求，也為器件的制備帶來了困難，這是氧化物電致發(fā)光材料發(fā)展的最大障礙。因此本課題將利用陶瓷基片的耐高溫性來替代傳統(tǒng)的玻璃基體，解決熱處理溫度高這一問題。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

所用儀器設(shè)備：JB300-D強(qiáng)力電動磁力攪拌機(jī), PHS-25酸度計(jì),XWT-264臺式自動平衡記錄儀, 769YP-24B小型粉末壓片機(jī),JA-2003電子天平, NDJ-1粘度計(jì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

2.2.1 電致發(fā)光片的制備

采用分析純Y2O3、Eu(NO3)3稱取一定量的Y2O3和Eu(NO3)3于無水乙醇中，在磁力攪拌器上回流15分鐘，混合攪拌，將所制備溶膠干燥凝膠化成粉末，然后按照電子陶瓷的制備方法加入適量的聚乙烯醇水溶液作為粘結(jié)劑造粒，在30Mpa下壓制成直徑1cm，厚度為1mm的圓片。壓制好的樣品，在空氣中充分干燥，放置于硅碳棒電爐中在900℃熱處理，即制得電致發(fā)光片。

2.2.2 電致發(fā)光基片性能測試與表征

圖1 不同燒結(jié)溫度處理所得到的樣品的X R D圖Fig.1 XRD patterns of samples sintered at different temperatures

采用TG-DTA分析儀對Y2O3∶Eu粉末試樣進(jìn)行熱分析分析，升溫速度10℃／min，空氣氣氛。發(fā)光基片的物相分析：用德國Bruker生產(chǎn)的D8Advance型X-ray衍射儀對燒結(jié)的樣品進(jìn)行物相和結(jié)晶程度的分析。電致發(fā)光片的形貌分析：采用日本JEOL生產(chǎn)的JSM-6700F型場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)對薄膜的表面和斷面進(jìn)行形貌分析。發(fā)光基片的吸收和激發(fā)光譜的分析采用日本分光（JASCO）公司生產(chǎn)的熒光光譜儀測量薄膜的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。片狀電致發(fā)光元件的發(fā)光測試將制備好的薄膜，簡單組裝成電致發(fā)光器件，在交流電源的驅(qū)動下，觀測其發(fā)光的顏色和亮度。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 不同燒結(jié)溫度下的

不同燒結(jié)溫度所得到的Y2O3∶Eu樣品的XRD如圖1所示。

從圖1可以看出，在500℃時燒結(jié)Y2O3是非晶態(tài)的，在700℃時，Y2O3單相已形成，900℃時Y2O3晶相的特征譜線已經(jīng)很明顯，特征峰變得尖銳，晶體的結(jié)晶度提高，說明Y2O3已經(jīng)晶化完全，從圖中并沒有看見EuCl3的特征譜線，說明少量的Eu3+已經(jīng)很好地固溶到晶體中了。

3.2 不同燒結(jié)溫度下的相對發(fā)光強(qiáng)度

不同燒結(jié)溫度下Y2O3∶Eu樣品的相對發(fā)光強(qiáng)度如圖2所示。從圖2可以看出Y2O3∶Eu的發(fā)光強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度的升高而增大，在900℃以后發(fā)光強(qiáng)度變化就不是很明顯，主要是因?yàn)樵?00℃以下，隨燒結(jié)溫度的升高，薄膜晶化程度顯著。而900℃以后，非晶態(tài)的薄膜已經(jīng)完全晶化，發(fā)光強(qiáng)度增加不明顯。因此，確定Y2O3∶Eu的燒結(jié)溫度為900℃比較合適。

圖2 不同燒結(jié)溫度下的相對發(fā)光強(qiáng)度Fig.2 The relative electroluminescence intensity of samples at different sintered temperatures

圖3 不同的摻雜量對材料發(fā)光強(qiáng)度的影響Fig.3 The relative electroluminescence intensity of samples with different amount of dopant

Eu3+摻雜量對材料發(fā)光強(qiáng)度的影響趨勢如圖3所示。

從圖3可以看出，Eu3+含量在4～8mol%之間時，隨著摻雜量的增加，薄膜的發(fā)光強(qiáng)度呈上升趨勢，當(dāng)Eu3+含量超過8mol%時，材料的發(fā)光強(qiáng)度迅速下降，當(dāng)摻雜量為11mol%時，電致發(fā)光現(xiàn)象基本消失。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)中，Eu3+的最佳摻雜濃度為8mol%。

Y2O3∶Eu發(fā)光薄膜在533nm的激發(fā)波長下的發(fā)射光譜如圖4所示。

圖4 Y2O3∶E u發(fā)光材料的發(fā)射光譜Fig.4 The emission spectrum of Y2O3∶Eu samples

從圖4可以看出，Y2O3∶Eu的發(fā)射峰有多個，582nm、589nm、595 nm、602nm和633.5nm處的5個弱峰和614nm處的一個強(qiáng)峰，是典型的Eu3+的5D0-7Fj(j=0,1,2,3,4)的躍遷發(fā)射，根據(jù)晶體中Eu3+電子躍遷的一般規(guī)律，當(dāng)Eu3+處于有嚴(yán)格反演中心的格位時，將以5D0-7F1的磁偶極躍遷發(fā)射橙光(595nm)，當(dāng)Eu3+處于偏離反演中心的格位時，將出現(xiàn)5D0-7F2電偶極躍遷發(fā)射(614nm)，圖中最強(qiáng)發(fā)射峰位614nm，而且峰十分銳利，是典型的Eu3+的4f能級的躍遷發(fā)射，對應(yīng)Eu3+的5D0-7F2電偶極躍遷，具有很強(qiáng)紅光發(fā)射。

Eu3+摻雜濃度為8mol%，熱處理溫度為900℃，保溫1h所得到的Y2O3∶Eu樣品的SEM如圖5所示。

從圖5可以看出，Y2O3∶Eu顆粒的結(jié)晶狀態(tài)良好，顆粒的輪廓分明，表明本實(shí)驗(yàn)獲得了質(zhì)量較好的Y2O3∶Eu發(fā)光薄膜。

4 結(jié)論

（1）采用溶膠凝膠法成功地制備了紅光發(fā)射Y2O3∶Eu薄膜，其發(fā)射主峰在614nm處。通過XRD分析表明，900℃燒結(jié)時，膜的晶態(tài)結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的Y2O3∶Eu熒光體吻合較好。

（2）制備Y2O3∶Eu薄膜的最佳工藝條件為：Eu3+的最佳摻雜濃度為8mol%，900℃燒結(jié)，保溫1h。

圖5 Y2O3∶E u樣品的S E M圖Fig.5 The SEM images of Y2O3∶Eu samples

1 Rao R.P.Growth and characterization of Y2O3∶Eu3+phosphor films by sol-gel process.Solid State Commu.,1996,99(6): 439～443

2朱文清.陶瓷厚膜與薄膜電致發(fā)光器件.半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2001,22 (2):82～86

3 Lin J.,Saenger D.U.,Menning M.,et al.Sol-gel deposition and characterization of Mn2+-doped silicate phosphor films.Thin Solid Films.2000,360(1-2):39～45

4唐偉忠.薄膜材料制備原理、技術(shù)及應(yīng)用.北京:冶金工業(yè)出版社,2003

5 Tang W.and Cameron D.C.Electroluminescent zinc sulphide devices produced by sol-gel processing.Thin Solid Films, 1996,280(1-2):221～226

6 MinamiT.and Yamamoto T.Transparentconducting zinc-co-doped ITO films prepared by magnetron sputtering. Thin Solid Films,2000,9:189～194.

7于長鳳,朱小平,張脈官等.電致發(fā)光用SnO2:Sb透明導(dǎo)電膜的制備及性能.中國陶瓷,2006,42(11):18～20

8朱小平,于長鳳,凌青等.制備工藝對SnO2:Sb透明導(dǎo)電膜性能的影響.中國陶瓷工業(yè),2006,13(5):1～5

9凌青,于長鳳,朱小平.電致發(fā)光用高介低損耗鈦酸鍶陶瓷基片的制備.中國陶瓷工業(yè),2005,12(5):9～12