金属/介质纳米结构表面等离子激元增强电致发光器件

本项目围绕表面等离子激元（SPP）的光局域增强效应，通过构筑金属/介质纳米结构，调控电致发光器件中光场与SPP模式的耦合特性，来提高发光器件的电光转换效率以及出光效率，从而在高效硅基电致发光器件和高效有机电致发光器件（OLED） 的研究中取得了重要研究成果。 在OLED方面，利用Au、Ag、Pt3Co等金属纳米颗粒的SPP效应，分别使OLED的发光效率获得了25%、18%、123%的增强。同时，在OLED中采用不同方法引入微纳结构，利用胶体模板技术制备了二维准周期结构，使以Alq3为发光层的绿色OLED的电流效率提高了1.6倍；同时使基于Ir配合物为发光层的红色磷光OLED的电流效率提高了2倍以上，发光峰的电流效率增强了2.5倍。此外，通过纳米压印技术制备了纳米光栅结构，并将其构筑在OLED中，获得了具有高出光提取效率的OLED。例如，我们选择了嵌有蛾眼结构的OLED体系，结合具有多发光单元的叠层结构，从而获得了满意的光提取效率。使绿色磷光器件的电流效率由一般的62.3 cd/A达到了366 cd/A。 在硅基电致发光器件方面，我们成功设计并制备多种基于Au纳米颗粒掺杂的富硅氮化硅薄膜的光致发光器件，经过消光及PL等相关测试，发现器件在不同发光波段都得到了不同程度的增强。通过器件工艺的合理优化以及合适的结构设计，器件的最大荧光增强达到五十多倍；设计制备出了ITO/SiNx/Ag/Si 的多晶硅-绝缘体-半导体(MIS)结构电致发光器件，其峰值位于574 nm，与该材料结构在没有ITO 电极时所测得的PL 谱的峰值非常吻合。增加Ag 纳米结构的器件相对于SiNx 本身，发光特性产生了很大的改善。在金属纳米颗粒局域表面等离子体效应增强硅纳米晶光致发光的基础上，我们研究了硅基电致发光器件。利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体增强效应，设计并制备了CMOS工艺兼容的硅PN结构电致发光器件。研究发现，金纳米颗粒能够极大改善器件发光特性，使得器件发光效率得到显著提高。特别是在PN结构发光器件中，金纳米颗粒对光传导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显增强。同时，金颗粒的引入没有改变器件的载流子输运特性。 综上所述，本项目顺利完成了预定的研究计划，在基于新一代材料的光电子器件的研究中，从物理机制、理论设计到工艺制备、测试技术等方面取得了十分有意义的成果。

硅基电致发光器件和有机发光二极管（OLED）分别是硅基芯片级光互连及下一代平面显示的核心器件，在实现高速光信息传输与处理技术以及信息显示技术的跨越式发展方面具有举足轻重的地位。如何提高电光转换效率以及出光效率是这两种器件遇到的一个共同问题，也是国内外研究的重点。在多种改善器件发光特性的研究中，表面等离子激元(Surface plasmon polaritons, SPP)与光子相互作用研究成为近年来的热点。本项目将围绕SPP的光局域增强效应，通过构筑金属/介质纳米结构，调控电致发光器件中光场与SPP模式的耦合特性，来提高发光器件的电光转换效率以及出光效率，从而在高效硅基电致发光器件以及高出光效率OLED的研究中取得突破。我们希望通过本项目的实施，力争在基于新一代结构材料的光电子器件的研究中从物理机制、理论设计到工艺制备、测试技术等方面探索出一条具有我国自主知识产权的新路。

电致发光显示器件构成

直流电致发光粉末含有一层约50微米厚、掺有细粒（约0.5～1微米）锰的硫化锌，外敷铜的硫化物(CuxS)。这种器件需要作大电流的成型处理，以便在阳极建立一个稳定的工作区（约 0.1微米），它已能达到约1000坎/米2的亮度和 1000小时的半衰期。此外，直流电致发光粉末还能响应直流的快速脉冲，因此易于作矩阵选址。

电致发光显示器件产品

已研制成一种1250字符板，用15微秒脉冲和0.5%工作周期，在120伏的情况下工作，能得到约30坎/米2的亮度。这种器件的优点是易于制造、价格低廉、中等工作电压。

作为平板显示，要有非线性的电光响应才能选址。作为电视应用，要有线性响应才有灰度。电致发光显示器件兼有两种特性,在电视应用中是很有发展前途的,这种平板技术正处于实验阶段。2100433B

电致发光显示器件发现

1936年G.德斯特里尔发现硫化锌在交流电场的作用下产生电致发光现象。

电致发光显示器件产品及研究

早期的器件寿命很短。70年代初期制成高亮度（5100坎/米2）、长寿命 （3万小时不衰变）的交流薄膜电致发光板。这种板的成功不仅决定于掺锰的多晶硫化锌层的性质，还决定于硫化锌绝缘夹层的击穿强度。因为器件的光输出直接正比于每个脉冲期间流过电容夹层的电荷、每秒脉冲数和硫化锌薄膜之间的电压，如果采用高介电常数和高击穿强度的薄膜，就可获得高的发光效率。由于它具有陡削的电压门限、快速启闭的响应时间和高峰值的亮度，适于用作矩阵刷新型显示。

交流薄膜电致发光器件如果采用适当的厚度和掺锰，也有存储效应。由于这种效应,在矩阵选址的方式中,利用开关电压幅度调制可得到具有存储性能的辉度。

电致发光显示器件其他研究

交流薄膜电致发光的其他研究有：①直接与薄膜晶体管的集成矩阵相结合；②与黑层（三氧化二砷或金属氧化物）和薄膜晶体管激励器相结合，提高对比度；③以有存储性能的交流薄膜电致发光作为电子束管的屏幕，以交流电压维持其存储性能而以电子束进行选址显示。这种显示具有双态荧光粉存储的优点。

封面

纳米贵金属组装体表面增强荧光效应

内容简介

前言

1 荧光光谱概述

2 局域表面等离子体共振效应

3 表面增强荧光效应

4 用于表面荧光增强的贵金属纳米颗粒及其组装体制备

5 贵金属纳米颗粒组装体表面增强荧光效应

6 贵金属纳米颗粒组装体表面增强荧光效应的应用研究

封底