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显示和发光技术的发展使得应用于光源的白光发射材料得到高度关注。近年来,人们发现非晶SiOxCy、非晶SiC∶H以及非晶Si∶C∶O∶H材料的光致发光(PL)可以覆盖350-800nm的光谱范围,因此成为希望极大的白光发射候选材料。为了获得可能应用的非晶Si:C:O:H材料白光发射材料,人们采用反应直流磁控溅射、热蒸发沉积、融化-涂覆技术制备非晶Si:C:O:H薄膜。但是,在制备这些薄膜时,通常需要采用高达800-1300℃的沉积温度或后处理温度,当将发光材料应用于光电集成技术时,如此高的温度可能导致其它材料、器件的损伤,因此发展低温下制备非晶Si:C:O:H光发射材料的方法则变得非常重要。
硅油是一种含Si、C、O、H组分的高分子材料,由于其稳定的化学性能,硅油极少作为发光材料而受到关注。但是,在我们的前期研究工作中,发现硅油的键结构可以直接用等离子体处理而改变。因此,如果我们采用碳氟等离子体直接处理硅油来改变硅油结构或制备非晶Si:C:O:H薄膜,有可能获得具有光致发光特性的改性硅油或非晶Si:C:O:H薄膜,实现低温制备非晶Si:C:O:H光发射材料。
本文采用C2F6、C4F8、CHF3、O2/C2F6的60MHz/2MHz双频等离子体对硅油表面进行处理,探索了碳氟等离子体低温处理硅油的光致发光特性。通过等离子体处理硅油光致发光的荧光光谱分析、结构的红外光谱分析和拉曼光谱分析、以及放电等离子体的在线发射光谱分析,研究了碳氟等离子体处理硅油光致发光的可能结构关联。发现采用碳氟等离子体处理硅油液体,光致发光谱覆盖了250-600nm的光谱范围,由412nm的紫光、469nm的蓝光、482nm的青光、492nm的蓝绿光和554nm的绿光5个发光峰组成。C2F6等离子体处理硅油,展现出近白光的发光特征。C4F8等离子体处理后的硅油,抑制了绿光发射,使发光呈现蓝紫光的发光特征。O2/C2F6等离子体处理硅油,紫光及紫外发光增强,绿光发射被抑制。CHF3等离子体处理的硅油,蓝、绿发光增强,紫光发射被抑制。同时,等离子体处理时,低频功率的变化也可以使硅油的发光特性发生改变。根据结构分析,进一步探讨了等离子体处理硅油的412-419nm紫光、468nm蓝光、544-552nm绿光发射的可能机制。412-419nm紫光发射的可能起因是CH3侧链从Si上丢失或硅油的≡Si-O-Si≡长链结构断裂形成的氧缺乏中心≡Si-Si≡。468nm蓝光发射的可能起因是sp3C-H3、sp3C-H2和Si-C与sp2C=C、Si-CH=CH2含量发生相对变化使“带尾-带尾”的复合发光增强,以及硅油大分子的长链结构断裂而在表面形成微小团簇的自俘获激子的直接跃迁辐射复合。544-552nm的绿光发射可能与碳相关的缺陷有关。