硅基Tb2O3电致发光器件的发光机理及性能改善研究

摘要

随着信息技术的快速发展，人们在信息获取方面的需求在不断地增加。而视觉作为人们获取信息的主要途径，支配着83％的信息来源。因此，提高显示水平对于获取信息至关重要。作为显示器件的基础，硅基光源逐渐得到人们的重视，成为研究热点之一。为了兼容目前成熟的CMOS结构，硅基光源需要符合以下条件:和Si衬底之间的晶格失配较低、具有较低的工作电压以及较高的发光效率。Tb2O3和Si的二倍晶格失配仅为1.3％，使得Tb2O3和Si衬底之间的位错缺陷较少。由于Tb3+是一种高效的稀土发光离子，且Tb2O3是一种半导体材料，以Tb2O3为基础的电致发光器件可以实现较低的工作电压，因此Tb2O3是一种适用于硅基光源的材料。目前关于硅基Tb2O3电致发光器件的研究取得了一些进展，但对该器件的发光机理还未确定。
　　本研究工作，在前期工作的基础上，经过一系列的实验探索，研究了硅基Tb2O3电致发光器件的发光机理。通过改善器件的结构，在器件中增加电子阻挡层和空穴注入层，改善了硅基Tb2O3电致发光器件的性能。
　　首先，通过磁控溅射法制备了硅基Tb2O3电致发光器件，表征了Tb2O3层的结晶状况、形貌特征和器件的电致发光性能。通过分别改变Tb2O3在电极和衬底两侧的材料以及改变器件电场方向等方法，研究了硅基Tb2O3电致发光器件的发光机理。
　　为减少器件的漏电流，在原器件结构的基础上增加了电子阻挡层。利用能带位置比较合适且能有效阻挡电子的SiO2和Y2O3，通过磁控溅射法制备了SiO2/Tb2O3电致发光器件和Y2O3/Tb2O3电致发光器件，并研究了不同厚度的SiO2和Y2O3对器件I-V曲线及电致发光光谱的影响。
　　为减小器件的工作电压、改善器件的电子空穴注入比，用半导体材料取代绝缘材料，并选用同时具备阻挡电子和注入空穴功能的材料。在无机和有机半导体材料中分别选取了Ga2O3∶Zn和PEDOT∶PSS。通过磁控溅射法制备了Ga2O3∶Zn/Tb2O3电致发光器件。研究了不同Zn2+掺杂浓度下，Ga2O3∶Zn薄膜透过率和带隙的变化。之后，研究了Zn2+掺杂浓度对器件I-V曲线和电致发光光谱的影响。此外，使用磁控溅射法和旋涂法制备了PEDOT∶PSS/Tb2O3电致发光器件，对该器件的形貌进行了表征，研究了不同厚度的PEDOT∶PSS对器件I-V曲线及电致发光光谱的影响。通过以上尝试，找到了有效改善Tb2O3电致发光器件发光性能的方法。
　　鉴于PEDOT∶PSS对Tb2O3电致发光器件的性能改善效果，将PEDOT∶PSS空穴注入层运用到Tb2O3∶Eu电致发光器件和Tb2O3∶Sm电致发光器件，研究了PEDOT∶PSS对这两种器件发光性能的影响，发现空穴注入层对以能量传递为基础的电致发光器件同样有改善发光性能的作用。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 显示技术的重要性

1．1．2液晶显示技术

1．1．3量子点显示技术

1．1．4有机发光二极管显示技术

1．2硅基Tb3+相关电致发光器件的研究进展

1．2．1对硅基光源的需求

1．2．3 硅基Tb3+掺杂体系及Tb2O3电致发光器件的研究进展

1．3论文的研究意义及研究内容

1．3．1论文的研究意义

1．3．2论文的研究内容

2．1．1衬底的清洗

2．1．2薄膜的制备

2．1．3薄膜的热处理

2．1．4电极的制备

2．2器件的表征

2．2．1薄膜的厚度测量

2．2．2薄膜的物相分析

2．2．3器件的形貌分析

2．2．4薄膜的吸收特性分析

2．2．5器件的电致发光分析

2．2．6器件的色坐标表征

3 Tb2O3电致发光器件发光机理的研究

3．1．2 Tb2O3电致发光器件的表征

3．2 Tb2O3电致发光器件发光位置的研究

3．2．1 Tb2O3层与电极的界面对器件电致发光的影响

3．2．2 Tb2O3层与衬底的界面对器件电致发光的影响

3．3 Tb2O3电致发光器件发光机理的研究

3．3．1 电场方向对器件发光的影响

3．3．2 Tb2O3电致发光器件的发光机理

3．4本章小结

4 电子阻挡层对Tb2O3电致发光器件性能的影响

4．1．2 SiO2作为电子阻挡层对器件性能的影响

4．2 Y2O3／Tb2O3电致发光器件的制备及性能研究

4．2．1 器件的制备及发光机理分析

4．2．2 Y2O3作为电子阻挡层对器件性能的影响

4．3本章小结

5空穴注入层对Tb2O3电致发光器件性能的影响

5．1．1器件的制备与发光机理研究

5．1．2 Ga2O3：Zn薄膜带隙的研究

5．1．3 Ga2O3：Zn作为空穴注入层对器件性能的影响

5．2 PEDOT：PSS／Tb2O3电致发光器件的制备及性能研究

5．2．1 器件的制备与发光机理研究

5．2．2器件的形貌表征

5．2．3 PEDOT：PSS作为空穴注入层对器件性能的影响

5．3本章小结

6 PEDOT：PSS／Tb2O3：Re电致发光器件的制备及发光机理研究

6．1．1器件的制备

6．1．2电致发光性能的研究

6．1．3发光机理的研究

6．2 PEDOT：PSS／Tb2O3：Sm电致发光器件的制备及发光机理研究

6．2．1器件的制备

6．2．2电致发光性能的研究

6．2．3发光机理的研究

6．3本章小结

7结论

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

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