[發明專利]一種波長可調的熒光涂層及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611040248.6
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106756825B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 李東升;劉國華;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/14;C09K11/59
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種波長可調的熒光涂層及其制備方法和應用，采用了磁控濺射法通過控制硅靶和硼靶的功率來調節熒光涂層的富硅量和摻硼量。摻硼量的變化在涂層中引入大量發光中心的同時，不同缺陷之間的比例也發生變化，從而實現熒光涂層的最大發射熒光波長在很大范圍內變化，即可以通過調節硼含量可以得到理想的發光色彩。本發明制備工藝簡單，工業兼容性好，在熒光粉以及光電子器件領域有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及硅基光電子領域，具體涉及一種波長可調的熒光涂層及其制備方法和應用。

背景技術

富硅氧化硅為硅納米晶鑲嵌二氧化硅結構，由于硅納米晶的量子限制效應在常溫下具有良好的發光性能，并且與大規模集成電路的制造工藝相兼容，因而近年來一直被作為一個熱門的研究對象。

富硅氧化硅由于其發光受到了廣泛關注，有望在生物、照明及太陽電池等領域取得應用。但是由于富硅氧化硅薄膜的發光波段通常與硅納米晶的尺寸分布有關，無法在同一個樣品中得到不同波段的混合發光；而且，由于通常制備得到的富硅氧化硅材料由于導電性差達不到制備器件的要求，嚴重限制了其應用范圍，特別是在電致發光方面的應用。

馬丁.格林小組在室溫下，通過磁控共濺射硅(Si)靶，石英(SiO₂)靶，硼(B)靶，背底真空6.67×10^-5Pa，引入高純氬氣(Ar)至工作氣壓為0.2Pa，研究了摻硼量及富硅量對摻硼的富硅氧化硅薄膜的發光性能的影響(Synthesis and characterization of boron-doped Si quantum dots for all-Si quantum dot tandem solar cells；X.J.Hao,E-C.Cho,C.Flynn,Y.S.Shen,S.C.Park,G.Conibeer,M.A.Green；Solar Energy Materials&Solar Cells；93(2009)273–279)：A組實驗為調節不同Si/O比率的摻硼的富硅氧化硅薄膜。固定加在SiO₂靶上的射頻功率為120W，加在B靶上的功率為30W，變化加在Si靶上的功率來調節Si/O比率；B組實驗為相同Si/O比率但不同含B量的富硅氧化硅薄膜，固定加在SiO₂靶上的功率為120W，加在Si靶上的功率為25W，變化加在B靶上的功率：0，9，15，30W。經過高溫熱處理后得到的薄膜在532納米激光激發下，只得到了Si納米晶相關的激子發光峰(近紅外發光)隨摻硼量的增加而淬滅的現象，不能實現波長可調。

發明內容

針對現有技術中富硅氧化硅在光致發光應用中存在的不足，本發明提供一種波長可調的熒光涂層的制備方法，該方法得到的熒光涂層可應用于熒光粉以及硅基光電子器件等。

一種波長可調的熒光涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)清洗襯底；

(2)在真空度為1×10^-5～1×10^-2Pa下，通入高純Ar和高純O₂混合氣體，利用射頻濺射對硅靶和硼靶進行反應共濺射，在襯底上沉積薄膜；

(3)惰性氣氛下，對步驟(2)得到的薄膜進行熱處理，即得到摻硼的熒光涂層。

所述熒光涂層的硼含量為1～15.1at.％；所述熒光涂層在激發下會產生650nm～410nm熒光，最大發射熒光波長隨硼含量的變化而變化。

本發明采用共濺射制備摻硼熒光涂層，然后通過高溫熱處理在氧化硅薄膜內生成摻硼的硅納米晶。在磁控濺射過程中通過控制硅靶與硼靶的功率調解熒光涂層中的富硅量與摻硼量。由于硼原子在硅納米晶中實現了電學活性摻雜，引起的俄歇復合導致了硅納米晶的本征發光淬滅，同時硼的摻雜引起了界面與基體中的不同的發光中心之間的比例發生變化，最終導致摻硼量不同的熒光涂層的發光色彩不同。

步驟(1)中，用標準RCA溶液清洗所述的襯底。