金屬/介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)表面等離子激元增強(qiáng)電致發(fā)光器件結(jié)題摘要

本項目圍繞表面等離子激元（SPP）的光局域增強(qiáng)效應(yīng)，通過構(gòu)筑金屬/介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，調(diào)控電致發(fā)光器件中光場與SPP模式的耦合特性，來提高發(fā)光器件的電光轉(zhuǎn)換效率以及出光效率，從而在高效硅基電致發(fā)光器件和高效有機(jī)電致發(fā)光器件（OLED） 的研究中取得了重要研究成果。 在OLED方面，利用Au、Ag、Pt3Co等金屬納米顆粒的SPP效應(yīng)，分別使OLED的發(fā)光效率獲得了25%、18%、123%的增強(qiáng)。同時，在OLED中采用不同方法引入微納結(jié)構(gòu)，利用膠體模板技術(shù)制備了二維準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)，使以Alq3為發(fā)光層的綠色OLED的電流效率提高了1.6倍；同時使基于Ir配合物為發(fā)光層的紅色磷光OLED的電流效率提高了2倍以上，發(fā)光峰的電流效率增強(qiáng)了2.5倍。此外，通過納米壓印技術(shù)制備了納米光柵結(jié)構(gòu)，并將其構(gòu)筑在OLED中，獲得了具有高出光提取效率的OLED。例如，我們選擇了嵌有蛾眼結(jié)構(gòu)的OLED體系，結(jié)合具有多發(fā)光單元的疊層結(jié)構(gòu)，從而獲得了滿意的光提取效率。使綠色磷光器件的電流效率由一般的62.3 cd/A達(dá)到了366 cd/A。 在硅基電致發(fā)光器件方面，我們成功設(shè)計并制備多種基于Au納米顆粒摻雜的富硅氮化硅薄膜的光致發(fā)光器件，經(jīng)過消光及PL等相關(guān)測試，發(fā)現(xiàn)器件在不同發(fā)光波段都得到了不同程度的增強(qiáng)。通過器件工藝的合理優(yōu)化以及合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計，器件的最大熒光增強(qiáng)達(dá)到五十多倍；設(shè)計制備出了ITO/SiNx/Ag/Si 的多晶硅-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)電致發(fā)光器件，其峰值位于574 nm，與該材料結(jié)構(gòu)在沒有ITO 電極時所測得的PL 譜的峰值非常吻合。增加Ag 納米結(jié)構(gòu)的器件相對于SiNx 本身，發(fā)光特性產(chǎn)生了很大的改善。在金屬納米顆粒局域表面等離子體效應(yīng)增強(qiáng)硅納米晶光致發(fā)光的基礎(chǔ)上，我們研究了硅基電致發(fā)光器件。利用金屬納米顆粒的局域表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)，設(shè)計并制備了CMOS工藝兼容的硅PN結(jié)構(gòu)電致發(fā)光器件。研究發(fā)現(xiàn)，金納米顆粒能夠極大改善器件發(fā)光特性，使得器件發(fā)光效率得到顯著提高。特別是在PN結(jié)構(gòu)發(fā)光器件中，金納米顆粒對光傳導(dǎo)模式的散射作用更加突出，使得器件的出光提取效率得到明顯增強(qiáng)。同時，金顆粒的引入沒有改變器件的載流子輸運(yùn)特性。 綜上所述，本項目順利完成了預(yù)定的研究計劃，在基于新一代材料的光電子器件的研究中，從物理機(jī)制、理論設(shè)計到工藝制備、測試技術(shù)等方面取得了十分有意義的成果。

硅基電致發(fā)光器件和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）分別是硅基芯片級光互連及下一代平面顯示的核心器件，在實(shí)現(xiàn)高速光信息傳輸與處理技術(shù)以及信息顯示技術(shù)的跨越式發(fā)展方面具有舉足輕重的地位。如何提高電光轉(zhuǎn)換效率以及出光效率是這兩種器件遇到的一個共同問題，也是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。在多種改善器件發(fā)光特性的研究中，表面等離子激元(Surface plasmon polaritons, SPP)與光子相互作用研究成為近年來的熱點(diǎn)。本項目將圍繞SPP的光局域增強(qiáng)效應(yīng)，通過構(gòu)筑金屬/介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，調(diào)控電致發(fā)光器件中光場與SPP模式的耦合特性，來提高發(fā)光器件的電光轉(zhuǎn)換效率以及出光效率，從而在高效硅基電致發(fā)光器件以及高出光效率OLED的研究中取得突破。我們希望通過本項目的實(shí)施，力爭在基于新一代結(jié)構(gòu)材料的光電子器件的研究中從物理機(jī)制、理論設(shè)計到工藝制備、測試技術(shù)等方面探索出一條具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新路。

電致發(fā)光顯示器件構(gòu)成

直流電致發(fā)光粉末含有一層約50微米厚、摻有細(xì)粒（約0.5～1微米）錳的硫化鋅，外敷銅的硫化物(CuxS)。這種器件需要作大電流的成型處理，以便在陽極建立一個穩(wěn)定的工作區(qū)（約 0.1微米），它已能達(dá)到約1000坎/米2的亮度和 1000小時的半衰期。此外，直流電致發(fā)光粉末還能響應(yīng)直流的快速脈沖，因此易于作矩陣選址。

電致發(fā)光顯示器件產(chǎn)品

已研制成一種1250字符板，用15微秒脈沖和0.5%工作周期，在120伏的情況下工作，能得到約30坎/米2的亮度。這種器件的優(yōu)點(diǎn)是易于制造、價格低廉、中等工作電壓。

作為平板顯示，要有非線性的電光響應(yīng)才能選址。作為電視應(yīng)用，要有線性響應(yīng)才有灰度。電致發(fā)光顯示器件兼有兩種特性,在電視應(yīng)用中是很有發(fā)展前途的,這種平板技術(shù)正處于實(shí)驗階段。2100433B

電致發(fā)光顯示器件發(fā)現(xiàn)

1936年G.德斯特里爾發(fā)現(xiàn)硫化鋅在交流電場的作用下產(chǎn)生電致發(fā)光現(xiàn)象。

電致發(fā)光顯示器件產(chǎn)品及研究

早期的器件壽命很短。70年代初期制成高亮度（5100坎/米2）、長壽命 （3萬小時不衰變）的交流薄膜電致發(fā)光板。這種板的成功不僅決定于摻錳的多晶硫化鋅層的性質(zhì)，還決定于硫化鋅絕緣夾層的擊穿強(qiáng)度。因為器件的光輸出直接正比于每個脈沖期間流過電容夾層的電荷、每秒脈沖數(shù)和硫化鋅薄膜之間的電壓，如果采用高介電常數(shù)和高擊穿強(qiáng)度的薄膜，就可獲得高的發(fā)光效率。由于它具有陡削的電壓門限、快速啟閉的響應(yīng)時間和高峰值的亮度，適于用作矩陣刷新型顯示。

交流薄膜電致發(fā)光器件如果采用適當(dāng)?shù)暮穸群蛽藉i，也有存儲效應(yīng)。由于這種效應(yīng),在矩陣選址的方式中,利用開關(guān)電壓幅度調(diào)制可得到具有存儲性能的輝度。

電致發(fā)光顯示器件其他研究

交流薄膜電致發(fā)光的其他研究有：①直接與薄膜晶體管的集成矩陣相結(jié)合；②與黑層（三氧化二砷或金屬氧化物）和薄膜晶體管激勵器相結(jié)合，提高對比度；③以有存儲性能的交流薄膜電致發(fā)光作為電子束管的屏幕，以交流電壓維持其存儲性能而以電子束進(jìn)行選址顯示。這種顯示具有雙態(tài)熒光粉存儲的優(yōu)點(diǎn)。

封面

納米貴金屬組裝體表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)

內(nèi)容簡介

前言

1 熒光光譜概述

2 局域表面等離子體共振效應(yīng)

3 表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)

4 用于表面熒光增強(qiáng)的貴金屬納米顆粒及其組裝體制備

5 貴金屬納米顆粒組裝體表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)

6 貴金屬納米顆粒組裝體表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)的應(yīng)用研究

封底