[发明专利]一种波长可调的荧光涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种波长可调的荧光涂层及其制备方法和应用，采用了磁控溅射法通过控制硅靶和硼靶的功率来调节荧光涂层的富硅量和掺硼量。掺硼量的变化在涂层中引入大量发光中心的同时，不同缺陷之间的比例也发生变化，从而实现荧光涂层的最大发射荧光波长在很大范围内变化，即可以通过调节硼含量可以得到理想的发光色彩。本发明制备工艺简单，工业兼容性好，在荧光粉以及光电子器件领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及硅基光电子领域，具体涉及一种波长可调的荧光涂层及其制备方法和应用。

背景技术

富硅氧化硅为硅纳米晶镶嵌二氧化硅结构，由于硅纳米晶的量子限制效应在常温下具有良好的发光性能，并且与大规模集成电路的制造工艺相兼容，因而近年来一直被作为一个热门的研究对象。

富硅氧化硅由于其发光受到了广泛关注，有望在生物、照明及太阳电池等领域取得应用。但是由于富硅氧化硅薄膜的发光波段通常与硅纳米晶的尺寸分布有关，无法在同一个样品中得到不同波段的混合发光；而且，由于通常制备得到的富硅氧化硅材料由于导电性差达不到制备器件的要求，严重限制了其应用范围，特别是在电致发光方面的应用。

马丁.格林小组在室温下，通过磁控共溅射硅(Si)靶，石英(SiO₂)靶，硼(B)靶，背底真空6.67×10^-5Pa，引入高纯氩气(Ar)至工作气压为0.2Pa，研究了掺硼量及富硅量对掺硼的富硅氧化硅薄膜的发光性能的影响(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组实验为调节不同Si/O比率的掺硼的富硅氧化硅薄膜。固定加在SiO₂靶上的射频功率为120W，加在B靶上的功率为30W，变化加在Si靶上的功率来调节Si/O比率；B组实验为相同Si/O比率但不同含B量的富硅氧化硅薄膜，固定加在SiO₂靶上的功率为120W，加在Si靶上的功率为25W，变化加在B靶上的功率：0，9，15，30W。经过高温热处理后得到的薄膜在532纳米激光激发下，只得到了Si纳米晶相关的激子发光峰(近红外发光)随掺硼量的增加而淬灭的现象，不能实现波长可调。

发明内容

针对现有技术中富硅氧化硅在光致发光应用中存在的不足，本发明提供一种波长可调的荧光涂层的制备方法，该方法得到的荧光涂层可应用于荧光粉以及硅基光电子器件等。

一种波长可调的荧光涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗衬底；

(2)在真空度为1×10^-5～1×10^-2Pa下，通入高纯Ar和高纯O₂混合气体，利用射频溅射对硅靶和硼靶进行反应共溅射，在衬底上沉积薄膜；

(3)惰性气氛下，对步骤(2)得到的薄膜进行热处理，即得到掺硼的荧光涂层。

所述荧光涂层的硼含量为1～15.1at.％；所述荧光涂层在激发下会产生650nm～410nm荧光，最大发射荧光波长随硼含量的变化而变化。

本发明采用共溅射制备掺硼荧光涂层，然后通过高温热处理在氧化硅薄膜内生成掺硼的硅纳米晶。在磁控溅射过程中通过控制硅靶与硼靶的功率调解荧光涂层中的富硅量与掺硼量。由于硼原子在硅纳米晶中实现了电学活性掺杂，引起的俄歇复合导致了硅纳米晶的本征发光淬灭，同时硼的掺杂引起了界面与基体中的不同的发光中心之间的比例发生变化，最终导致掺硼量不同的荧光涂层的发光色彩不同。

步骤(1)中，用标准RCA溶液清洗所述的衬底。