一种SrHfS3掺Eu发光薄膜及其制备方法

本发明涉及发光薄膜材料制备，尤其涉及一种srhfs3掺eu发光薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、对于发光二极管等电致发光器件而言，发光层薄膜是其中的核心成分。实际应用中发光层薄膜，需要具有良好的稳定性以匹配长期的运行、需要高效率的载流子传输以实现空穴和电子等载流子的非辐射复合、需要组成元素环境友好且地壳丰度高以实现可持续利用、需要具有良好的发光特性以实现较高的内外量子效率，因此，探究符合上述要求新型发光薄膜具有重要的意义。

2、srhfs3是一种新型硫化物钙钛矿半导体材料，当前的实验结果表明其具有高稳定性和良好的载流子传输特性等优势，并且其组成元素环境友好和地壳丰富度高等独特优点，有利于可持续化应用(参考专利zl202210773468.9)。近期，有报道指出通过在硫化物钙钛矿中引入稀土eu离子，可以实现良好的发光特性(adv.optical mater.2023,2301977)。srhfs3掺eu材料，充分结合了硫化物钙钛矿srhfs3稳定性高、载流子传输优良和eu离子发光的优势，因此成为一种潜在的发光材料，在发光二极管等器件中具有良好的发展前景。

3、然而目前尚缺乏有效的srhfs3掺eu薄膜的制备方法，成为限制其应用的关键因素。本专利提出利用共溅射加硫化的方案实现高结晶性和高发光效率的srhfs3掺eu薄膜的制备，包括eus粉末和靶材制备，共溅射，硫化处理等步骤，是一种高效的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了获得高结晶性和高发光亮度的srhfs3掺eu薄膜，而提出的一种基于共溅射和硫化处理的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.对eu2o3原材料粉末进行硫化获得eus粉末；

5、s2.对eus粉末进行压片烧结获得eus靶材；

6、s3.基于srhfo3靶材和eus靶材，通过磁控溅射沉积获得前驱体薄膜；

7、s4.对前驱体薄膜进行硫化处理得到srhfs3掺eu薄膜；

8、步骤s1中，将eu2o3粉末放到石英舟中，放入管式炉中，使用机械泵对管式炉进行抽真空至0.1pa以下，通入二硫化碳后进行硫化处理，炉内压强保持为30pa，硫化温度为1000℃，降至室温后获得eus粉末；

9、步骤s2中，使用聚乙烯醇和eus粉末进行研磨混合，放入50mm直径的压片模具中，在24吨压力下进行冷压，卸压后获得eus圆片，在1100℃进行真空烧结1小时，降至室温后获得eus靶材；

10、步骤s3中，将srhfo3靶材和eus靶材放入溅射腔内，使用石英作为基板，将磁控溅射系统本底真空抽至低于0.001pa，溅射工作气体为氩气，氩气流量为20sccm，溅射压强为1pa，溅射时间为2h，srhfo3溅射枪的功率为60w，eus溅射枪的功率为20w，溅射结束后即获得srhfs3掺eu前驱体薄膜；

11、步骤s4中，将步骤s3中获得的srhfs3掺eu前驱体薄膜放入管式炉中，使用机械泵抽至本底真空，通入硫化气体进行硫化，设置管式炉升温至硫化温度并保温，然后降至室温后获得srhfs3掺eu发光薄膜；所述本底真空应低于0.1pa，通入硫化气体后炉内压强为30pa，所述硫化温度为1000-1050℃；硫化气体为二硫化碳气体和硫化氢气体中的一种；

12、优选的，步骤s2和步骤s3中，eus靶材的厚度为3mm，通过铜背板绑定以有利于散热，避免靶材开裂。

13、优选的，步骤s4中，硫化时间大于4h。

14、优选的，硫化反应后，以5℃/min的降温速率降温至室温。

15、本发明提供了一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，具有简单操作、原料利用高的特点。本发明的有益效果和其背后的科学原理为：

16、其有益效果一：所需要的原材料例如srhfo3靶材、eu2o3粉末、二硫化碳、硫化氢气体等可以很方便在市场上购置；所需要的管式炉、磁控溅射设备也是市场上常见的工业产品；

17、其有益效果二：磁控溅射有利于形成高质量薄膜，所获得的srhfs3掺eu发光薄膜具有良好结晶性、稳定性；

18、其有益效果三：考虑到该材料为环境友好的无铅钙钛矿材料，更有希望应用于新型光电器件；

19、其有益效果四：考虑到传统方法中eu离子难以在srhfs3进行掺杂，进而借助磁控溅射能够使靶材原材料进行离子化分解处理，进而使eu离子容易掺入到srhfs3基质中，提高掺杂效率，同时避免引入其他杂质；

20、其有益效果五：利用硫化过程中硫化气体本征提供的还原性分为，将三价eu离子还原为二价eu离子，产生二价eu离子特有的宽光谱发光，而不是三价eu离子的特征窄谱发光。

技术特征：

1.一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，将eu2o3粉末放到石英舟中，放入管式炉中，使用机械泵对管式炉进行抽真空至0.1pa以下，通入二硫化碳后进行硫化处理，炉内压强保持为30pa，硫化温度为1000℃，降至室温后获得eus粉末。

3.根据权利要求1所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，使用聚乙烯醇和eus粉末进行研磨混合，放入50mm直径的压片模具中，在24吨压力下进行冷压，卸压后获得eus圆片，在1100℃进行真空烧结1小时，降至室温后获得eus靶材。

4.根据权利要求1所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中，将srhfo3靶材和eus靶材放入溅射腔内，使用石英作为基板，将磁控溅射系统本底真空抽至低于0.001pa，溅射工作气体为氩气，氩气流量为20sccm，溅射压强为1pa，溅射时间为2h，srhfo3溅射枪的功率为60w，eus溅射枪的功率为20w，溅射结束后即获得srhfs3掺eu前驱体薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s4中，将步骤s3中获得的srhfs3掺eu前驱体薄膜放入管式炉中，使用机械泵抽至本底真空，通入硫化气体进行硫化，设置管式炉升温至硫化温度并保温，然后降至室温后获得srhfs3掺eu发光薄膜。

6.根据权利要求5所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述本底真空应低于0.1pa，通入硫化气体后炉内压强为30pa，所述硫化温度为1000-1050℃。

7.根据权利要求5所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s4中，硫化气体为二硫化碳气体和硫化氢气体中的一种。

8.如权利要求1-7任一所述的一种srhfs3掺eu发光薄膜的制备方法制备所得的srhfs3掺eu发光薄膜。

技术总结本发明涉及发光二极管器件中的发光薄膜领域，硫化物钙钛矿虽然具有高稳定性、良好导电性、适宜稀土发光离子掺杂而发光等优势，但是存在稀土掺杂的硫化物钙钛矿薄膜制备困难等问题。本发明公开了一种SrHfS<subgt;3</subgt;掺Eu发光薄膜及其制备方法，包括以下步骤：通过硫化获得EuS粉末，烧结为EuS靶材；基于SrHfO<subgt;3</subgt;靶材和EuS靶材进行共溅射获得前驱体薄膜；对前驱体薄膜进行硫化处理获得SrHfS<subgt;3</subgt;掺Eu薄膜。本制备方法操作简单，利用还原性气氛获得了二价Eu离子，借助溅射优势实现了Eu离子在硫化物钙钛矿中的高效掺杂。所获得的SrHfS<subgt;3</subgt;掺Eu发光薄膜展现出良好的结晶性和发光特性，有希望作为发光层应用于新型发光二极管器件。技术研发人员：韩炎兵,方娇,梁雨润,袁亦方,张晴,史志锋受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27