一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法
阅读：663发布：2024-02-18
专利汇可以提供一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种绝缘介质 薄膜 固态发光器件发光增强方法，并阐述了其增强发光的原理。固态发光器件由 信号 电极 ，背电极，发光单元构成，每个发光单元是由多层薄膜构成的MOS结构，各层薄膜采用不同的材料或不同的工艺参数制作，薄膜物理性质不同。在薄膜上施加 电压 时，由于介质层薄膜中的 氧 缺陷 连接形成一个连续的导电通道，从而热致发光。在介质层薄膜中增加一层1‑2nm厚的Ti薄膜，可以在介质层中产生更多的氧缺陷，增强发光 亮度 ，降低能耗，提高 发光效率 。，下面是一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法专利的具体信息内容。
一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法
技术领域
[0001] 本发明所涉及的领域为固态照明领域，以及平板显示领域，特别涉及一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法。
背景技术
[0002] 固态照明发光器件(Solid-State Incandescent Lighting Emitting Devices,SSI-LEDs)是由美国德州农工大学(TAMU)郭育(Yue Kuo)教授提出，是一种可以直接产生白光的发光器件。
[0003] SSI-LEDs采用简单的MOS器件结构，不同于传统LED所使用的复杂的量子阱结构，其核心发光层为HfO2等绝缘介质薄膜。SSI-LEDs器件的发光原理不同于传统的LED，当对器件施加电压时，绝缘介质薄膜在电场作用下击穿，形成永久性的导电通道，从而热致发光，类似于钨丝灯发光，不同于钨丝灯的是，导电通道的长度是纳米级别的，而直径是微米级的，产热较小，发光效率较高。
[0004] 郭育教授的研究主要是以HfO2作为发光层发光，而单一的介质层中所含有的氧缺陷数目较少，不利于导电通道的形成，同时器件工作电流较小，发光较弱。在此基础上，郭育教授在介质层中制备了一层CdSe作为嵌入层，利用其错配应力，在绝缘介质层中产生更多的氧空位，达到增强发光的目的。导电通道的形成及其稳定性是器件发光的关键，目前在介质层中导电通道的形成是随机的，并且直径较小，电阻较大，能耗高。本发明公开了通过在发光器件的绝缘介质薄膜中嵌入一层或多层钛(Ti)，利用其活泼的金属性，夺取HfO2中的氧原子，来增加介质层中的氧缺陷，并增大导电通道的直径，从而改进器件发光性能来降低器件能耗的方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提出一种绝缘介质薄膜固态发光器件发光增强方法，可用于提高固态发光器件的发光强度以及发光效率。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] 在绝缘介质中制备一层钛Ti作为嵌入层，制作过程为在硅片上制作多层薄膜，首先为1nm厚HfO2薄膜作为沟道传输层，然后为3nm厚Ti薄膜作为嵌入层，最后是8nm厚HfO2薄膜作为发光层，薄膜制备方法为磁控溅射。
[0008] Ti嵌入层可为单层或多层，嵌入层厚度为1-3nm。
[0009] 嵌入层材料为Ti，Al或Mg这些金属性较强的金属。
[0010] 所采用绝缘介质材料为HfO2，ZrO2，Al2O3或WO3介电系数大的材料。
[0011] 综上所述，本发明具有如下的优点：
[0012] 1)能够直接产生白光，由于其导电路径的长度远小于其直径，产热较小，发光效率较高；
[0013] 2)器件结构为MOS结构，比LED的量子阱结构简单。同时，MOS结构能够和当前的IC工艺兼容，可以大规模生产；
[0014] 3)导电路径形成于绝缘介质薄膜中，不易被污染，能稳定发光，器件寿命较长；
[0015] 4)Ti嵌入层可以在绝缘介质层中产生更多的氧缺陷，并且氧缺陷产生于嵌入层周围，使其不再随机分布于绝缘介质层中。这样，当器件在较大负电压条件下，能够形成数目更多，更加稳定的导电通道，增加了器件的发光亮度，减小了器件的产热，提高了发光效率；
[0017] 图1是SSI-LEDs原理结构示意图；
[0018] 图2是SSI-LEDs一个子发光结构示意图；
[0019] 图3(a)是SSI-LEDs的未加电压下原理示意图；
[0020] 图3(b)是SSI-LEDs的加负电压下发光原理示意图；
[0021] 图4(a)是Ti-SSI-LEDs的未加电压下原理示意图；
[0022] 图4(b)是Ti-SSI-LEDs的加负电压下发光原理示意图；
[0023] 图5是单层Ti-SSI-LEDs的子发光结构示意图，为本发明实例之一；
[0024] 图6是多层Ti-SSI-LEDs的子发光结构示意图，为本发明实例之二；
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0027] 本发明提出的钛(Ti)嵌入绝缘介质薄膜固态发光器件，是在硅片上两个器件电极间制备含一层或多层钛(Ti)嵌入层的绝缘介质薄膜，制备钛(Ti)嵌入层和绝缘介质薄膜所采用的技术为磁控溅射，在硅片上依次制作多层薄膜，介质层厚度为8nm，嵌入层厚度为1-2nm，嵌入层薄膜采用的材料为Ti，Al，Mg等活泼金属，沟道层和发光层采用的材料为HfO2，ZrO2，WO3，Al2O3等绝缘材料，但不局限于这些材料，在制备绝缘介质薄膜时各层可采用不同的工艺参数。
[0028] 图1示出SSI-LEDs的一个发光点，主要包含了信号电极1和发光单元。每个发光单元之间通过SiNx4间隔开来。每个发光器件包括ITO电极2，绝缘介质发光层3，硅基底5，和背电极6组成。当在ITO电极2上施加较大负向直流电压时，绝缘介质发光层3会击穿并形成导电路径，从而热致发光。
[0029] 图2示出了一个SSI-LEDs的发光点的结构示意图，SSI-LEDs制作在硅基板5上，包含ITO电极2，绝缘介质发光层3，和背电极6
[0030] 图3示出了SSI-LEDs的发光原理示意图。当器件处于不加电状态(图3a)时，在绝缘介质层3中，有很多由氧缺陷8组成的氧缺陷团簇7，这些团簇随机分布在介质层3中。当器件处于较大负电压状态下(图3b)时，组成团簇7的氧缺陷8分散开，在电场力的作用下连接成导电通道9，当电流流过导电通道9时，会产生热致发光现象。导电通道9的直径为微米级别，其长度为8-10nm。
[0031] 图4示出Ti-SSI-LEDs的发光原理示意图。嵌入层薄膜10由于其较易氧化，在600℃退火处理后，会夺取介质层薄膜3中的氧原子，产生更多的氧缺陷8，在器件处于不加电状态(图4a)下，新增的氧缺陷8会聚集在嵌入层10周围，形成更多的氧缺陷团簇7。当器件处于较大负电压状态下(图4b)时，组成团簇7的氧缺陷8分散开，在电场力的作用下连接成导电通道9，当电流流过导电通道9时，会产生热致发光现象。导电通道9的直径为微米级别，其长度为8-10nm。
[0032] 图5示出了本发明所公开的单层钛(Ti)嵌入SSI-LEDs结构示意图。单层Ti-SSI-LEDs由四层薄膜组成。介质层薄膜3制作在硅基板5上，可采用磁控溅射，原子层沉积等薄膜制备技术制作，厚度为8-10nm，薄膜材料可选用HfO2，ZrO2等绝缘介质。嵌入层层薄膜10嵌入在介质层薄膜3之中，选用的材料为Ti，厚度为1nm。顶电极薄膜2制备在介质层薄膜3之上，薄膜材料为ITO等透明电极。第四层膜6为背电极，与硅基板形成欧姆接触，可选用Al，Mo等材料。
[0033] 图6示出了本发明所公开的多层钛(Ti)嵌入SSI-LEDs结构示意图。多层Ti-SSI-LEDs由多层薄膜组成。介质层薄膜3制作在硅基板5上，可采用磁控溅射，原子层沉积等薄膜制备技术制作，厚度为8-10nm，薄膜材料可选用HfO2，ZrO2等绝缘介质。嵌入层层薄膜10嵌入在介质层薄膜3之中，选用的材料为Ti，厚度为1nm，嵌入层为多层结构。顶电极层薄膜2制备在介质层薄膜3之上，薄膜材料为ITO等透明电极。背层膜6为背电极，与硅基板形成欧姆接触，可选用Al，Mo等材料。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 半导体光放大器芯片、光接收子组件和光模块 | 2020-05-08 | 928 |
| 报警装置及浪涌保护器 | 2020-05-08 | 379 |
| 控制装置以及控制方法 | 2020-05-08 | 540 |
| 一种倾斜式凸起电极监控装置 | 2020-05-08 | 750 |
| 一种晶闸管管壳 | 2020-05-08 | 824 |
| 扫描电子显微镜 | 2020-05-08 | 829 |
| 具有诊断电极、远场检测电极和导丝的球囊导管 | 2020-05-08 | 922 |
| 用于透明发光器件显示器的嵌入式电极基板及其制造方法 | 2020-05-11 | 401 |
| 一种多电极pH分析仪 | 2020-05-08 | 700 |
| 一种水轮机调速器频率信号发生器 | 2020-05-08 | 280 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
信号电极热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈