傾斜式生長微納結(jié)構(gòu)薄膜及在場致發(fā)光器件中的應(yīng)用.pdf

1、低維納米結(jié)構(gòu)薄膜憑借其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)使其在諸多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，因而對(duì)該材料的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。在諸多納米薄膜制備方法中，傾斜生長技術(shù)利用陰影效應(yīng)，通過調(diào)控材料的蒸發(fā)速率，從多維度調(diào)控襯底與入射粒子流之間的空間位置，能夠制備出具有不同微納結(jié)構(gòu)的納米薄膜。這種具有不同微納結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體納米薄膜在未來小型化、集成化的光電子器件中具有較大的應(yīng)用前景。本論文的工作就是利用傾斜生長技術(shù)制備不同微納結(jié)構(gòu)的有序薄膜，研究微納結(jié)構(gòu)對(duì)半

2、導(dǎo)體納米薄膜光學(xué)及電學(xué)特性的影響，并將所制備的納米薄膜應(yīng)用到有機(jī)電致發(fā)光器件及固態(tài)陰極射線發(fā)光中。利用納米薄膜的陣列結(jié)構(gòu)提高發(fā)光器件的光輸出耦合效率，利用納米柱狀薄膜在高場下的電子發(fā)射性能，增加固態(tài)陰極射線發(fā)光中的初電子數(shù)目及改善材料的電子傳輸及加速能力，提高了電致發(fā)光器件的發(fā)光亮度。本論文的主要工作如下：
　　1.基于教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已有的電子束蒸發(fā)鍍膜儀，自行設(shè)計(jì)、加工了傾斜式薄膜生長系統(tǒng)及裝置，主要包括：襯底支架、支架動(dòng)力系

3、統(tǒng)，控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了襯底在三個(gè)自由度可控旋轉(zhuǎn)的薄膜制備裝置。對(duì)傾斜式薄膜生長過程中的各種參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量標(biāo)定，最后對(duì)系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　2.利用自行設(shè)計(jì)的傾斜式薄膜生長裝置，制備出了具有不同微結(jié)構(gòu)的ZnS納米薄膜。研究了襯底法線與入射粒子流夾角的大小、薄膜的生長速率、襯底的旋轉(zhuǎn)速率、不同襯底等對(duì) ZnS納米薄膜微結(jié)構(gòu)的影響，分析了傾斜式生長薄膜的動(dòng)力學(xué)過程。對(duì)制備在ITO導(dǎo)電玻璃襯底上具有不同微納結(jié)構(gòu)的ZnS薄膜的

4、形貌及其晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征與分析，澄清了生長參數(shù)對(duì)ZnS薄膜微納結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理。結(jié)果表明：在傾斜角為80°，襯底的旋轉(zhuǎn)速率為0.05 rev/s，薄膜生長速率為0.2 nm/s的條件下，獲得了具有均勻柱狀結(jié)構(gòu)的ZnS納米薄膜。此條件下制備出的柱狀薄膜具有閃鋅礦立方相的晶體結(jié)構(gòu)，并沿(111)晶向擇優(yōu)生長；當(dāng)傾斜角為0°時(shí)，在襯底上形成了具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)連續(xù)且致密的ZnS納米薄膜，具有沿(220)晶向擇優(yōu)生長的趨勢(shì)。薄膜生長條件的改變，引起

5、了薄膜晶體擇優(yōu)生長方向及微納結(jié)構(gòu)的變化。保持傾斜式生長條件不變，研究了襯底表面粗糙度在薄膜生長過程中(陰影效應(yīng))對(duì)ZnS薄膜微結(jié)構(gòu)的影響。
　　3.有機(jī)電致發(fā)光中的光輸出耦合效率只有20％，如何提高有機(jī)電致發(fā)光器件的光輸出耦合效率是獲得高效率發(fā)光器件面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。針對(duì)這個(gè)問題，利用傾斜式生長技術(shù)在ITO導(dǎo)電玻璃襯底的玻璃一側(cè)制備了不同結(jié)構(gòu)的ZnS納米薄膜，研究了微納結(jié)構(gòu)對(duì)ITO襯底光透射及有機(jī)電致發(fā)光器件性能的影響。結(jié)果表明：由

6、于柱狀ZnS納米結(jié)構(gòu)薄膜自身的結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)致柱狀薄膜層的折射率漸變，增強(qiáng)了襯底在可見光范圍內(nèi)的透射能力。將這種具有較高透射能力的襯底應(yīng)用到結(jié)構(gòu)為ITO/NPB/Alq3(BAlq)/A1的有機(jī)電致發(fā)光器件中，提高了器件的亮度。
　　4.利用傾斜生長技術(shù)分別在Si和ITO導(dǎo)電玻璃襯底上，制備了不同微納結(jié)構(gòu)的ZnS：Mn發(fā)光納米薄膜，對(duì)薄膜形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量分析。結(jié)果表明：Mn2+離子摻入后與ZnS形成替代式混晶，對(duì)整個(gè) ZnS的晶

7、體結(jié)構(gòu)沒有產(chǎn)生影響。80°傾斜角條件下，所制備柱狀結(jié)構(gòu)的ZnS：Mn發(fā)光納米薄膜仍具有(111)晶向擇優(yōu)生長的閃鋅礦面心立方結(jié)構(gòu)，0°傾斜角條件下，所制備連續(xù)且致密ZnS：Mn薄膜具有(220)晶向擇優(yōu)生長的立方相晶體結(jié)構(gòu)。
　　5.將不同結(jié)構(gòu)的ZnS：Mn發(fā)光納米薄膜應(yīng)用到分層優(yōu)化電致發(fā)光器件中，由于沿(111)晶向擇優(yōu)生長的柱狀ZnS：Mn發(fā)光納米薄膜對(duì)電子傳輸及加速性能的改善，導(dǎo)致器件中的發(fā)光層對(duì)電子的傳輸及加速能力增強(qiáng)，使

8、得發(fā)光層中的電子具有更高的能量，提高了其碰撞激發(fā)發(fā)光中心從而產(chǎn)生發(fā)光的幾率，因而具有柱狀結(jié)構(gòu)ZnS：Mn發(fā)光納米薄膜的分層優(yōu)化器件具有更高的發(fā)光亮度。
　　6.將具有不同結(jié)構(gòu)的ZnS及ZnS：Mn納米薄膜應(yīng)用到有機(jī)無機(jī)復(fù)合器件中，利用納米柱尖端在高場下的電子發(fā)射特性，可增加固態(tài)陰極射線發(fā)光中的初電子源。根據(jù)固態(tài)陰極射線發(fā)光的原理，經(jīng)納米柱加速后的電子可直接碰撞發(fā)光中心發(fā)光，也可與注入的空穴復(fù)合實(shí)現(xiàn)有機(jī)材料的發(fā)光。在以ZnS：Mn/