薄膜荧光屏的制备和发光性能及超辐射发光二极管热分析研究

论文摘要

电子发射类（EED）的显示器件如场发射显示器（FED）具有高分辨率、高全色及全灰度、高亮度和高对比度，快响应速度的特性，可以适合多角度以及极端条件下使用。薄膜荧光屏因具有荧光颗粒分布致密，与基底结合良好、热稳定性高等优势，成为FED重要组成部分——显示屏的首选。但是对荧光薄膜在电子束激发下发光过程的系统研究还没有进行，特别对原有的CRT所使用的氧化物和硫化物的荧光薄膜材料尚没有一个全面的评价。 作为一种新型的发光器件，超辐射发光二极管（Superluminescent diode，SLD）在民用和军事领域都具有重要的作用。实用化的SLD要求高的输出功率和宽的光谱，高的光路系统的信噪比和稳定性，其中影响稳定度的重要因素之一是器件在高电流注入下的内部焦尔热所造成的功率下降和光谱移动。 本论文工作的主要研究内容如下： 1 利用光的衍射散射理论对荧光薄膜的发光中心所产生的光在薄膜内的传播以及薄膜表面所获得的光强进行了理论推算，获得了发射亮度与薄膜厚度与粗糙度的关系。 2 采用电子束蒸发技术制备获得了Y2O3：Eu，ZnO：Zn，YAGG：Tb，Gd，ZnS：Zn，Pb几种荧光薄膜，其厚度分别为200-800nm。对所获得的上述荧光薄膜进行了XRD，SEM，XPS，等手段分析，对荧光薄膜的晶体结构、表面形貌和化学组分进行了表征和讨论．提出并实施了效率改善的工艺方案与手段，采用退火工艺将发射亮度提高了3-10倍。分别讨论了氧化物材料的能级特征和发光过程 3 对硫化物材料，利用激发光谱、发射光谱等对ZnS：Zn，Pb的发光进行了表征，对光谱进行了指认，讨论了其发光机理。利用热释发光技术对ZnS：Zn，Pb材料的陷阱进行了初步的研究，认为立方体系的ZnS：Zn，Pb中的蓝色发光来源于Pb2+的电荷迁移态和Zn2+的复合发光的总和。 4 将荧光薄膜与光电阴极结合，获得一个亮度为34cd／cm2，分辨率为32像素／cm2，面积为2.1×2.1cm2的FED原型器件。 5 制备获得了发射波长位于1300nm处，宽度为28nm，发射功率为1mW的InAsGaP／InP多量子阱结构的SLD。利用二维热流模型理论计算了该量子阱结构的热阻值，与变温脉冲方法获得的实验值比较，二者符合很好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 场发射显示器（FED）简介
• 1.1.1 场发射显示器的工作原理
• 1.1.2 场发射显示器的发展
• 1.1.3 场发射显示器与阴极射线管（CRT）的区别
• 1.1.4 我国场发射显示器的研究
• §1.2 阴极射线发光（CL）
• 1.2.1 电子束与物质的相互作用
• 1.2.2 阴极射线发光的产生
• 1.2.3 阴极射线发光的应用
• §1.3 FED用荧光材料
• 1.3.1 FED荧光粉（屏）的选择标准
• 1.3.2 粉末荧光屏与薄膜荧光屏
• 1.3.3 薄膜荧光屏的研究现状
• §1.4 本论文的主要工作
• 第二章 实验过程
• §2.1 样品制备
• 2.1.1 固相法制备粉末样品
• 2.1.2 电子束沉积薄膜技术及退火工艺
• §2.2 材料特性表征
• 2.2.1 X射线衍射技术（XRD）
• 2.2.2 扫描电镜表征技术（SEM）
• 2.2.3 X射线光电子能谱（XPS）表征技术
• §2.3 发光学测量
• 2.3.1 光致发光谱（PL）测量
• 2.3.2 热释发光（TL）测量
• 2.3.3 阴极射线发光（CL）测量
• 第三章 荧光薄膜中CL光的产生与传输的理论分析
• §3.1 薄膜荧光屏的发光
• §3.2 薄膜荧光屏发光模型的建立
• 3.2.1 衍射散射理论
• 3.2.2 基本假设及公式
• §3.3 荧光薄膜产生的CL光的镜面部分的传播
• 3.3.1 以θ向上发射的光
• 3.3.2 以θ向下发射的光的传播
• 3.3.3 经由界面2和界面3透射回薄膜的光的强度
• 3.3.4 从衬底透射回薄膜的镜面光的情况
• 3.3.5 界面1空气一方和界面3空气一方的光的镜面总强度
• 3.3.6 总的镜像部分的光强
• §3.4 荧光薄膜产生的CL光的漫射部分的传播
• 3.4.1 以θ向上传播的情况
• 3.4.2 以θ向下传播的情况
• 3.4.3 漫射部分的总和
• §3.5 总CL出射光强的模拟计算
• 3.5.1 镜面部分和漫射部分的总和
• 3.5.2 初始发光强度
• 3.5.3 参数设置
• 3.5.4 理论模拟结果与讨论
• §3.6 本章结论
• 第四章 氧化物荧光薄膜的制备与CL发光性质
• 2O₃荧光材料制备与发光性质'>§4.1 Eu激活的Y₂O₃荧光材料制备与发光性质
• 2O₃荧光材料的晶体结构'>4.1.1 Y₂O₃荧光材料的晶体结构
• 2O₃:Eu荧光材料的电子能级结构'>4.1.2 Y₂O₃:Eu荧光材料的电子能级结构
• 2O₃:Eu荧光薄膜的结构分析'>4.1.3 Y₂O₃:Eu荧光薄膜的结构分析
• 2O₃:Eu薄膜的表面组分分析'>4.1.4 Y₂O₃:Eu薄膜的表面组分分析
• 2O₃:Eu荧光薄膜的表面形貌'>4.1.5 Y₂O₃:Eu荧光薄膜的表面形貌
• 2O₃:Eu荧光薄膜的光致发光研究'>4.1.6 Y₂O₃:Eu荧光薄膜的光致发光研究
• 2O₃:Eu荧光薄膜和粉末的阴极射线发光研究'>4.1.7 Y₂O₃:Eu荧光薄膜和粉末的阴极射线发光研究
• §4.2 ZnO:Zn荧光材料制备与发光性质分析
• 4.2.1 ZnO的晶体结构与物理性质
• 4.2.2 ZnO的能级结构
• 4.2.3 ZnO:Zn荧光薄膜的晶体结构
• 4.2.4 ZnO:Zn荧光薄膜的成分
• 4.2.5 ZnO:Zn荧光薄膜的表面形貌
• 4.2.6 ZnO:Zn荧光薄膜的光致发光研究
• 4.2.7 ZnO:Zn荧光薄膜与粉末的阴极射线发光研究
• §4.3 Tb与Gd共激活的钇铝镓石榴石薄膜的发光性能
• 4.3.1 YAG晶体的结构和物理特性
• 4.3.2 YAG的能级结构
• 4.3.3 YAGG:Tb,Gd荧光薄膜结构
• 4.3.4 YAGG:Tb,Gd荧光薄膜的成分
• 4.3.5 YAGG:Tb,Gd荧光薄膜的表面形貌
• 4.3.6 YAGG:Tb,Gd的光致发光研究
• 4.3.7 YAGG:Tb,Gd的阴极射线发光研究
• §4.4 本章结论
• 第五章 硫化物荧光薄膜的发光特性与光电阴极场发射显示器件的研究
• §5.1 Zn,Pb共激活的ZnS薄膜
• 5.1.1 ZnS:Zn,Pb发光晶体的结构
• 5.1.2 ZnS:Zn,Pb发光薄膜的结构与发光分析
• §5.2 ZnS:Zn,Pb蓝色荧光材料的发光过程
• 5.2.1 ZnS:Zn与ZnS:Zn,Pb的发光光谱
• 5.2.2 ZnS:Zn,Pb缺陷的热释光研究
• §5.3 光电阴极场发射显示器件制备与分析
• 5.3.1 结构及原理图
• 5.3.2 各组件的制备与性能检测
• 5.3.3 器件性能测试
• §5.4 本章结论
• 第六章 超辐射发光二极管器件的制备与热分析研究
• §6.1 超辐射发光二极管
• 6.1.1 超辐射发光二极管（SLD）的研究进展
• 6.1.2 超辐射发光二极管（SLD）的工作原理
• 6.1.3 量子阱结构的SLD
• 6.1.4 本章的主要工作
• §6.2 SLD的器件制备和性能测量
• 6.2.1 InGaAsP/InP材料（芯片）的外延结构
• 6.2.2 SLD器件的制备工艺流程
• §6.3 SLD的器件性能测量与分析
• 6.3.1 器件的基本特性测量
• 6.3.2 SLD热分布的理论计算
• §6.4 本章结论
• 第七章 结论
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果
• 致谢