WO2001062868A1 - Photolumineszenzschicht in optischen und angrenzenden spektralbereichen - Google Patents
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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- C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
Definitions
- the invention relates to a photoluminescent layer in the optical and adjacent spectral ranges on the basis of a solid solution of organic dyes.
- the application of the photoluminescent layer is used in the generation of white light, as a layer for coupling and decoupling light into a waveguide, seen as a radiation detector, as an ideal point light source for testing near-field microscopes or the like, the photoluminescent layer being applied to a corresponding substrate for the respective application
- a more or less effective luminescence conversion has been used for a long time in various fields, for example in radiation detector technology.
- functional elements which are used for luminescence conversion are based on absorption / emission processes that are used for energy reasons in In most cases, the luminescence is shifted to longer wavelengths compared to the absorption. This phenomenon can be used, for example, to spectrally adapt a detector sensitivity to a radiation source.
- the property of the luminescence radiation is that it is no longer bound to the direction of the incident radiation. of interest, since it enables a concentration of radiation in a medium to be achieved by total reflection at the interfaces
- a more recent example is the generation of "white” light by way of a partial conversion of the radiation from a blue luminescent diode. This principle is used by LUCOLED (P Schlotter, R Schmidt, J Schneider, Appl Phys A 64, 417 (1997)). A part of the energy-rich Blue luminescence radiation is absorbed by a suitable layer in the direction of radiation and emitted again as fluorescent light shifted to lower energies, so that an additive mixture creates a white color impression
- DE 196 25 622 A1 describes such a light-emitting semiconductor component with a radiation-emitting semiconductor body and a luminescence conversion element.
- the semiconductor body has a semiconductor layer sequence that emits electromagnetic radiation of wavelength ⁇ of ⁇ 520 nm and that Luminescence conversion element converts radiation of a first spectral region of the radiation emitted by the semiconductor body and originating from a first wavelength region into radiation of a second wavelength region, such that the semiconductor component emits radiation from a second spectral region of the first wavelength region and radiation of the second wavelength region a radiation emitted by the semiconductor body is spectrally selectively absorbed by the luminescence conversion element and emitted in the long-wave range (in the second wavelength range).
- organic dye molecules are incorporated into an organic matrix
- DE 196 38 667 A1 also discloses a mixed-color light-emitting semiconductor component with a radiation-emitting semiconductor body and a luminescence conversion element, the luminescence conversion element having an inorganic phosphor, in particular a phosphor
- the photoluminescence quantum yield must be high, in most cases significantly greater than 50%, and the stability must allow long operating times, usually more than 10,000 hours
- a device used for this is known from MA Herman, H Sitter, Molecular Beam Epitaxy, Ch 2 (Sources of Atomic and Molecular Beams), Springer 1989, S 29-59.
- a dye evaporator and a metal oxide evaporator are provided in a vacuum chamber. the steam jet of which is aligned with a substrate, the dye evaporator being pot-shaped and seen from the inside out of a quartz cuvette, a graphite block, a heater, a shield and a jacket, the quartz cuvette and the grahpit -Block in the middle of the bottom of the pot a thermocouple is provided
- Fig. 7 shows the normalized absorption and emission of 30 nm thick layers for a pure and a diluted dye layer. It is important that the spectra of the diluted layers can be fitted by those of monomers with their typical vibration progression. It shows that the line width for all low concentrations remain constant, their enlargement compared to that observed in liquid solution is not surprising due to the more inhomogeneous environmental conditions of the molecules
- the invention specified in claim 1 is based on the problem, for a photoluminescent layer based on a solid solution of organic dyes, a sufficiently high optical stability, measured by the average number of excitation / de-excitation cycles per molecule up to a fixed value of the drop in photoluminescence of the overall system
- the use of a silicon or metal suboxide in the evaporation is particularly important.
- the silicon or metal suboxide reacts with residual gas oxygen from the high vacuum, whereby a slight sub-stoichiometric oxygen content occurs in the matrix material, given suitable vapor deposition conditions (characterized by the ratio of oxygen partial pressure and vapor deposition rate) for the sub-stoichiometric oxygen content is characteristic that for a matrix material SiOx or TiO ⁇ x lies between 1.95 and 2.
- the evaporator according to the invention differs in that the cover limited to a hole cutout in the pot-shaped opening of the dye evaporator is connected to the quartz cuvette and is arranged offset to the dye, so that the hole cutout has a temperature in the cover like the heated quartz cuvette
- the special configuration of the photoluminescent layer makes it possible, for example, by means of extremely low dye surface densities, for example luminescence standards, with almost ideal point light sources for appropriately equipped microscopes (eg optical near-field microscopes, confocal Luminescence microscopes) for the determination of resolution and optical transmission functions or samples for the determination of optical properties of individual molecules
- microscopes eg optical near-field microscopes, confocal Luminescence microscopes
- optical stability which is achieved in dry technology (mixed evaporation of the components in the High vacuum) can be applied to a wide variety of substrates and at the same time has the highest known concentration of dyes in solutions without photoluminescence quantum yield limited by aggregation or by Forster transfer
- Fig. 1 shows the photoluminescence quantum yield of 30 nm thick layers of different dye concentrations
- Fig. 2 shows the change in photoluminescence when irradiated with high intensity
- Fig. 3 shows the luminescence of SiO 2 layers with the same amount of MPP dye with different dye concentration
- Fig. 4 an inventive dye fabric evaporator on average
- Fig. 5 shows an Arrhenius plot for calibration of the dye evaporator
- Fig. 6 shows the photoluminescence quantum yield of PTCDA-SiO 2 mixed layers at room temperature
- Fig. 7 shows a standardized absorption and emission of 30 nm thick layers for a pure and a diluted PTCDA layer
- Example 1 3-perylene-tetra-carboxylic acid dianhydride (PTCDA) was installed in an SiO x matrix in which 1.95 ⁇ x ⁇ 2.
- the layer was produced by thermal means
- Rates of up to ⁇ 10 ⁇ 5 nm / s over periods of at least 1 h are possible
- dye molecules can be arranged in one plane, enclosed by the matrix material, an average lateral molecular distance of more than 100 nm being achievable.
- An optical near-field microscope can currently achieve a resolution better than 50 nm, with a covering layer of 5 nm SiO over the dye A layer is thus given a sample which, for example, allows the point transfer function to be determined directly or with which the optical properties of individual molecules can be determined
- Fig. 4 shows a dye evaporator, which is arranged to carry out the method, with a metal oxide evaporator in a vacuum chamber.
- the steam jet of the two evaporators is aligned with a substrate. Panels can be provided between the evaporator and the substrate to interrupt the evaporation
- the dye evaporator shown in Fig. 4 seen from the inside out, consists of a quartz cuvette 1, a graphite block 2, a heater 3, a shield 4 and a water-cooled copper jacket 5. Between the quartz cuvette 1 and the graphite Block 2 has a thermocouple 7 in the middle of the bottom of the pot.
- Evaporator is a cover limited to a hole cutout is provided, which is connected to the quartz cuvette 1 and is arranged offset to the dye 6, so that the hole cutout in the cover has a temperature like the heated quartz cuvette 1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Photolumineszenzschicht in optischen und angrenzenden Spektralbereichen auf der Basis einer Festkörper-Lösung organischer Farbstoffe. Die Photolumineszenzschicht besteht aus organischen Farbstoff-Molekülen mit einer niedrigen Farbstoffkonzentration und einem Matrixmaterial aus Metalloxiden, wobei das Matrixmaterial einen geringfügig unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt aufweist. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der Photolumineszenzschicht ist beschrieben.
Description
Photolumineszenzschicht im optischen und angrenzenden Spektralbereichen
Die Erfindung betrifft eine Photolumineszenzschicht im optischen und angrenzenden Spektralbereichen auf der Basis einer Festkorper-Losung organischer Farbstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Die Anwendung der Photolumineszenzschicht wird in der Erzeugung von weißem Licht, als Schicht zur Ein- und Auskopplung von Licht in einen Wellenleiter, als Strahlungsdetektor, als ideale Punktlichtquelle für den Test von Nahfeldmikroskopen o dgl gesehen, wobei für den jeweiligen Anwendungsfall die Photolumineszenzschicht auf einem entsprechenden Substrat aufgebracht ist
Eine mehr oder weniger effektive Lumineszenz-Konversion wird auf verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Strahlungsdetektor-Technik, schon langer angewandt Im allgemeinen basieren Funktionselemente, die zur Lumineszenz-Konversion eingesetzt werden, auf Absorptions-/Emissionsprozessen Ausgenutzt wird, daß es aus energetischen Gründen in den meisten Fallen zu einer Verschiebung der Lumineszenz zu größeren Wellenlangen gegenüber der Absorption kommt Diese Erscheinung kann z B zur spektralen Anpassung einer Detektorempfindlichkeit an eine Strahlungsquelle genutzt werden Darüber hinaus ist die Eigenschaft der Lumineszenzstrahlung, nicht mehr an die Richtung der einfallenden Strahlung gebunden zu sein, von Interesse, da hiermit eine Konzentration von Strahlung in einem Medium durch Totalreflexion an den Grenzflachen realisiert werden kann
Ein neueres Beispiel ist die Erzeugung "weißen" Lichtes auf dem Wege einer teilweisen Konversion der Strahlung einer blauen Lumineszenzdiode Dieses Prinzip nutzt die LUCOLED (P Schlotter, R Schmidt, J Schneider, Appl Phys A 64, 417 (1997)) Ein Teil der energiereichen blauen Lumineszenzstrahlung wird durch eine geeignete Schicht in Abstrahlrichtung absorbiert und als Fluoreszenzlicht zu niedrigeren Energien verschoben wieder emittiert, so daß durch additive Mischung ein weißer Farbeindruck entsteht
In der DE 196 25 622 AI wird ein derartiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit einem Strahlung aussendenden Halbleiterkorper und einem Lumineszenzkonversionselement beschrieben Der Halbleiterkorper besitzt eine Halbleiterschichtenfolge, die eine elektromagnetische Strahlung der Wellenlange λ von < 520 nm aussendet und das
Lumineszenzkonversionselement Strahlung eines ersten spektralen Teilbereiches der von dem Halbleiterkorper ausgesandten, aus einem ersten Wellenlangenbereich stammenden Strahlung in Strahlung eines zweiten Wellenlangenbereiches umwandelt, derart, daß das Halbleiterbauelement Strahlung aus einem zweiten spektralen Teilbereich des ersten Wellenlangenbereiches und Strahlung des zweiten Wellenlangenbereiches aussendet So wird z B von dem Lumineszenzkonversionselement eine vom Halbleiterkorper ausgesandte Strahlung spektral selektiv absorbiert und im langerwelligen Bereich (im zweiten Wellenlangenbereich) emittiert Bei dieser Losung werden organische Farbstoff-Moleküle in eine organische Matrix eingebaut
Aus der DE 196 38 667 AI ist weiterhin ein mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit einem Strahlung aussendenden Halbleiterkorper und einem Lumineszenzkonversionselement bekannt, wobei das Lumineszenzkonversionselement einen anorganischen Leuchtstoff, insbesondere einen Phosphor, aufweist
Neben der spektralen Paßfahigkeit bezuglich der entsprechenden Anwendung sind zwei Hauptforderungen an eine solche Schicht zu stellen Die Photolumineszenz-Quantenausbeute muß hoch, meist deutlich großer 50 %, sein, und die Stabilität muß große Betriebsdauern, meist mehr als 10 000 Stunden, erlauben
Die Grundidee für die Realisierung einer solchen Schicht mit organischen Farbstoffen besteht darin, daß durch Separation und Immobilisierung von Molekülen in einer Matrix sich diese wie Monomere mit optischen Eigenschaften analog zur flussigen Losung, insbesondere mit hoher Quantenausbeute, verhalten Polymere und Sol-Gel-Schichten sind als Matrizen bekannt
In H Frob, M Kurpiers, K Leo, CLEO'98, San Francisco/CA, May 1998, 210, 1998 OSA Technical Digest Series Vol 6, publ by Optical Society of America werden Mischschichten, die aus dem organischen Farbstoff 3,4,9, 10-Perylen-tetra-carbonsaure-dianhydrid (PTCDA) und Siθ2 durch Co- Verdampfung auf Quarzsubstrate im Hochvakuum hergestellt wurden, beschrieben Der untersuchte Konzentrationsbereich lag bei 0,65 100 Vol -% Dabei wurde beobachtet, daß sich die Absorptions- und Emissionsspektren für sinkende Konzentrationen immer mehr denjenigen in einer flussigen Losung annähern und für die kleinste Konzentration
eine Photolumineszenz-Quantenausbeute bei Raumtemperatur von ca 50 % erreicht wird (Abb 6)
Eine dazu verwendete Vorrichtung ist aus M A Herman, H Sitter, Molecular Beam Epitaxy, Ch 2 (Sources of Atomic and Molecular Beams), Springer 1989, S 29 - 59 bekannt In einer Vakuumkammer ist ein Farbstoff- Verdampfer und ein Metalloxid-Verdampfer vorgesehen, deren Dampfstrahl auf ein Substrat ausgerichtet ist, wobei der Farbstoff- Verdampfer topfformig ausgebildet ist und von innen nach außen gesehen aus einer Quarz-Kuvette, einem Graphit- Block, einer Heizung, einer Schirmung und einem Mantel besteht, wobei zwischen Quarz- Kuvette und Grahpit-Block in der Mitte des Topfbodens ein Thermoelement vorgesehen ist
Abb 7 zeigt die normierte Absorption und Emission von 30 nm dicken Schichten für eine reine und eine verdünnte Farbstoff-Schicht Wichtig ist, daß sich die Spektren der verdünnten Schichten durch die von Monomeren mit ihrer typischen Schwingungsprogression fitten lassen Es zeigt sich, daß die Linienbreite für alle niedrigen Konzentrationen konstant bleibt, deren Vergrößerung gegenüber der in flussiger Losung beobachteten ist aufgrund der inhomogeneren Umgebungsbedingungen der Moleküle nicht überraschend
Für das Ansteigen der Quantenausbeute zu kleineren Konzentrationen hin machen die Autoren einen schwacher werdenden Forster-Transfer aufgrund des sich vergrößernden mittleren Molekulabstandes verantwortlich und erwarten deren Maximum bei ca 0, 1 Vol -%, ohne dies allerdings experimentell zu bestätigen Aussagen zur Lebensdauer, an der bisher alle organischen Konversionsschichten scheitern, werden nicht gemacht
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine Photolumineszenzschicht auf der Basis einer Festkorper-Losung organischer Farbstoffe eine hinreichend große optische Stabilität, gemessen an der mittleren Zahl der Anregungs-/ Abregungszyklen pro Molekül bis zu einem festgelegten Wert des Abfalls der Photolumineszenz des Gesamtsystems, zu erzielen
Dieses Problem wird durch eine Photolumineszenzschicht mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelost Das Problem wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer
derartigen Schicht mit den im Anspruch 4 genannten Verfahrensschritten gelost Schließlich wird das Problem außerdem durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelost Vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen sind Gegenstand der zugehörigen Unteranspruche
Wesentlich für die Losung des Problems ist, daß organische Farbstoffmolekule in eine anorganische, amorphe oder nanokristalline Matrix eingebettet werden Für die optische Stabilität der Photolumineszenzschicht ist vor allem die Verwendung eines Silicium- oder Metallsuboxids bei der Verdampfung maßgeblich Bei der Abscheidung des Silicium- oder Metallsuboxids, in Mischverdampfüng der Komponenten im Hochvakuum auf dem Substrat, reagiert das Suboxid mit Restgassauerstoff des Hochvakuums, wobei sich beim Matrixmaterial, bei geeigneten Aufdampfbedingungen (gekennzeichnet durch das Verhältnis von Sauerstoff- Partialdruck und Aufdampfrate), ein geringfügig unterstochiometrischer SauerstofFgehalt einstellt Für den unterstochiometrischen Sauer st offgehalt ist kennzeichnend, daß bei einem Matrixmaterial SiOx oder TiOχ x zwischen 1,95 und 2 liegt Eine genaue Einstellung der Farbstoff-Aufdampfrate ist erforderlich Für eine niedrige Farbstoffkonzentration ist eine definierte Einstellung einer niedrigen Farbstoff-Aufdampfrate (bis zu < 10"^ nm/s) von entscheidender Bedeutung Dazu wird ein temperaturgeregelter Farbstoff- Verdampfer gemäß Anspruch 8 eingesetzt
Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Farbstoff- Verdampfern unterscheidet sich der erfindungsgemaße Verdampfer dadurch, daß die auf einen Lochausschnitt begrenzte Abdeckung in der topfformigen Öffnung des Farbstoff-Verdampfers mit der Quarz-Kuvette verbunden und zum Farbstoff hin versetzt angeordnet ist, so daß der Lochausschnitt in der Abdeckung eine Temperatur wie die beheizte Quarz-Kuvette aufweist
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich aus den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen Die spezielle Ausgestaltung der Photolumineszenzschicht ermöglicht es, durch extrem niedrige Farbstoff-Flachendichten z B Lumineszenz- Standards mit nahezu idealen Punktlichtquellen für entsprechend ausgestattete Mikroskope (z B Optische Nahfeld- Mikroskope, Konfokale Lumineszenz-Mikroskope) zur Bestimmung von Auflösungsvermögen und optischen Ubertragungsfünktionen oder Proben für die Bestimmung optischer Eigenschaften einzelner Moleküle zur Verfügung zu stellen
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein Material zur Verfügung steht, das mit einer mittleren Zahl der Anregungs-/Abregungszyklen pro Molekül großer 10^ praktische Anforderungen bezuglich der optischen Stabilität erfüllt, das in einer trockenen Technologie (Mischverdampfüng der Komponenten im Hochvakuum) auf verschiedenste Substrate aufgebracht werden kann und das gleichzeitig die höchste bekannte Konzentration von Farbstoffen in Losungen ohne durch Aggregation oder durch Forster- Transfer begrenzte Photolumineszenz-Quantenausbeute besitzt
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen naher erläutert In den Zeichnungen zeigen
Abb 1 eine Darstellung der Photolumineszenz-Quantenausbeute von 30 nm dicken Schichten verschiedener Farbstoff-Konzentrationen
Abb 2 eine Darstellung der Änderung der Photolumineszenz bei Bestrahlung mit hoher Intensität
Abb 3 eine Darstellung der Lumineszenz von SiO2-Schichten mit gleicher Farbstoffmenge MPP mit unterschiedlicher Farbstoff-Konzentration
Abb 4 ein erfmdungsgemaßer Färb Stoff- Verdampfer im Schnitt
Abb 5 ein Arrhenius-Plot zur Kalibrierung des Farbstoff- Verdampfers
Abb 6 eine Darstellung der Photolumineszenz-Quantenausbeute von PTCDA-SiO2- Mischschichten bei Raumtemperatur
Abb 7 eine normierte Absorption und Emission von 30 nm dicken Schichten für eine reine und eine verdünnte PTCDA- Schicht
Beispiel 1
Im Beispiel 1 wurde 3,4,9, 10-Perylen-tetra-carbonsaure-dianhydrid (PTCDA) in eine SiOx- Matrix eingebaut, bei der l,95<x<2 ist Die Schichtherstellung erfolgt durch thermische
Verdampfung bei Arbeitsdrucken von ca 10~4 Pa erzeugt durch eine Turbomolekularpumpe,
wobei für die Herstellung der Matrix SiO mit einer Aufdampfrate von 10"2 nm/s verdampft wurde, das auf dem Substrat mit Restgassauerstoff zu SiOχ reagiert Die bei dieser Mehrquellen- Verdampfung zur unabhängigen Aufdampfraten- und Schichtdickenkontrolle eingesetzten Schwingquarze sind gegenüber der jeweils anderen Quelle abgeschirmt Um auch sehr kleine Aufdampfraten messen zu können, befindet sich der Meßkopf für PTCDA in geringem Abstand vom Verdampfer, dies ist aufgrund der vergleichsweise niedrigen Verdampfüngstemperatur (typisch 300 400°C) problemlos möglich Für extrem kleine Aufdampfraten wurde ein temperaturgeregelter Farbstoff-Verdampfer entwickelt, der stabile
Raten bis <10~5 nm/s über Zeiträume von mindestens 1 h ermöglicht
Strahlungslose Energieübertragung zu nichtstrahlenden Traps ist der begrenzende Faktor für die Lumineszenz-Quantenausbeute Um eine Quantenausbeute ahnlich der in flussiger Losung zu erreichen, sind im vorliegenden System Volumenkonzentrationen von ca 0, 1 % erforderlich (Abb 1) Gegenüber den in H Frob, M Kurpiers, K Leo, CLEO'98, San Francisco/CA, May 1998, 210, 1998 OSA Technical Digest Series Vol 6, publ by Optical Society of America gemachten Angaben wurden sowohl eine niedrigere Konzentration erreicht als auch die Quantenausbeuten mit größerer Genauigkeit bestimmt und korrigiert
Ergebnisse von Untersuchungen zur optischen Stabilität der Schicht sind in Abb 2 dargestellt Um hinreichend hohe Anregungsdichten zu erreichen, wurde ein konfokales Mikroskop verwendet (Anregungswellenlange 532 nm), detektiert wurde die Lumineszenz Nach einem anfanglich starken, nichtexponentiellen Abfall wird ein Zustand erreicht, der sich durch eine
Lebensdauer mit ca 10^ Anregungszyklen pro Molekül beschreiben läßt, ein Wert, der etwa 2 Größenordnungen über dem in derartigen Systemen besten bekannten liegt
Eine Anwendungsmoglichkeit ergibt sich als Photolumineszenzschicht in einem System analog zur LUCOLED (P Schlotter, R Schmidt, J Schneider, Appl Phys A 64, 417 (1997)) Angewandt auf in Lumineszenzdioden auftretende Leuchtdichten waren aufgrund der Aussagen lt Abb 2 Betriebsdauern in der Größenordnung 10^ Stunden zu erwarten
Beispiel 2
Die Herstellung erfolgt analog Ausführungsbeispiel 1, wobei als Farbstoff N,N - dιmethylperylene-3,4 9,10-bis-dicarboximid (MPP) verwendet wird, und es werden die im Sinne der Erfindung relevanten gleichen Effekte beobachtet Anstieg der Photolumineszenz- Quantenausbeute bei sinkender Konzentration (Abb 3) und eine optische Stabilität im o g
Sinne von ca 10^ Anregungszyklen pro Molekül Daß die Quantenausbeute bei vergleichsweise höheren Konzentrationen maximal wird, liegt an der gegenüber PTCDA geringeren Absorptionsstarke von MPP
Beispiel 3
Die Herstellung erfolgt analog Ausführungsbeispiel 1 mit der Besonderheit, daß (a) die
Aufdampfrate von PTCDA extrem niedrig, typischerweise < 10"-> nm/s, gewählt und (b) der PTCDA-Dampfstrahl zum Substrat mittels geeigneter Blenden nur für eine sehr kurze Zeit freigegeben wird Unter der Voraussetzung, daß extrem sauber und exakt gearbeitet wird, können auf diese Weise Farbstoffmolekule in einer Ebene, umschlossen vom Matrixmaterial, angeordnet werden, wobei ein mittlerer lateraler Molekulabstand von mehr als 100 nm erreichbar ist Ein optisches Nahfeldmikroskop kann derzeit ein Auflösungsvermögen besser 50nm erreichen, mit einer Deckschicht von 5 nm SiO über der Farbstoff-Schicht ist damit eine Probe gegeben, die z B auf direktem Wege die Punktubertragungsfuntion zu bestimmen gestattet oder mit der optische Eigenschaften einzelner Moleküle bestimmt werden können
Abb 4 zeigt einen Farbstoff- Verdampfer, der zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Metalloxid-Verdampfer in einer Vakuumkammer angeordnet ist Der Dampfstrahl der beiden Verdampfer ist auf ein Substrat ausgerichtet Zwischen Verdampfer und Substrat können Blenden vorgesehen werden, um das Aufdampfen zu unterbrechen Der in Abb 4 dargestellte Farbstoff- Verdampfer besteht, von innen nach außen gesehen, aus einer Quarz-Kuvette 1, einem Graphit-Block 2, einer Heizung 3, einer Schirmung 4 und einem wassergekühlten Kupfermantel 5. Zwischen der Quarz-Kuvette 1 und dem Graphit-Block 2 ist in der Mitte des Topfbodens ein Thermoelement 7 vorgesehen In der topfformigen Öffnung des Farbstoff-
Verdampfers ist ein auf einen Lochausschnitt begrenzte Abdeckung vorgesehen, die mit der Quarz-Kuvette 1 verbunden und zum Farbstoff 6 hin versetzt angeordnet ist, so daß der Lochausschnitt in der Abdeckung eine Temperatur wie die beheizte Quarz-Kuvette 1 aufweist
Mit diesem Farbstoff- Verdampfer ist die Möglichkeit der definierten Einstellung einer extrem niedrigen Farbstoff-Aufdampfrate < 10~5 nm/s gegeben, da derartige Raten einer direkten Messung nicht zuganglich sind Durch die Verwendung des temperaturgeregelten Farbstoff- Verdampfers mit einer hohen Homogenitat der Temperaturverteilung in der Quarz-Kuvette 1 mit einem kleinen beheizten Lochausschnitt in der Abdeckung der Quarz-Kuvette 1 und Extrapolation aufgrund einer Kalibrierung mit Arrhenius-Plot (Abb 5), werden derartig niedrige Aufdampfraten erreicht
Claims
Patentansprüche
1 Photolumineszenzschicht zur Aufbringung auf ein Substrat, zur Erzeugung von Licht im optischen und angrenzenden Spektralbereichen, bestehend aus organischen Farbstoff- Molekülen mit einer niedrigen Farbstoffkonzentration und einem Matrixmaterial aus Siliciumoxid, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixmaterial anstelle von Siliciumoxid ein Metalloxid verwendbar ist, wobei das Matrixmaterial aus Silicium- oder Metalloxid einen geringfügig unterstochiometri sehen Sauerstoffgehalt aufweist
2 Photolumineszenzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial mit dem geringfügig unterstochiometrischen Sauerstoffgehalt SiOχ oder TiOx ist
3 Photolumineszenzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoff-Moleküle in nur einer Ebene mit einem mittleren lateralen Abstand angeordnet sind, der mindestens so groß wie das laterale Auflösungsvermögen eines zur Beobachtung eingesetzten hochauflosenden optischen Instrumentes ist
4 Verfahren zur Herstellung einer Photolumineszenzschicht auf einem Substrat, die Licht im optischen und angrenzenden Spektralbereichen aussendet, bei dem in Mischverdampfüng im Hochvakuum organischer Farbstoff und Siliciumoxid auf einem Substrat abgeschieden werden, wobei die gewünschte Volumenkonzentration des Farbstoffs im Matrixmaterial durch Einstellung der Aufdampfraten der Komponenten erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abscheidung von Siliciumoxid das Suboxid verdampft wird oder anstelle von Siliciumoxid ein Metalloxid abgeschieden wird, wobei das jeweilige Suboxid des Metalloxides verdampft wird
5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Silicium- oder Metallsuboxid SiO oder Ti2O^ verdampft wird
6 Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfrate des Farbstoffs durch Temperatursteuerung der Verdampferquelle eingestellt wird
7 Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfrate und die Öffnungszeit von zwischen Verdampferquelle und Substrat befindlichen Blenden die gewünschte Schichtdicke eingestellt wird
8 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der in einer Vakuumkammer ein Farbstoff-Verdampfer und ein Metalloxid-Verdampfer vorgesehen sind, deren Dampfstrahl auf ein Substrat ausgerichtet ist, wobei der Farbstoff- Verdampfer topfformig ausgebildet ist und von innen nach außen gesehen aus einer Quarz-Kuvette (1), einem Graphit- Block (2), einer Heizung (3), einer Schirmung (4) und einem Mantel (5) besteht, wobei zwischen Quarz-Kuvette (1) und Graphit-Block (2) in der Mitte des Topfbodens ein Thermoelement (7) vorgesehen ist und in der topffbrmigen Öffnung des Farbstoff- Verdampfers ein auf einen Lochausschnitt begrenzte Abdeckung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einen Lochausschnitt begrenzte Abdeckung mit der Quarz-Kuvette (1) verbunden und zum Farbstoff (6) hin versetzt angeordnet ist, so daß der Lochausschnitt in der Abdeckung eine Temperatur wie die beheizte Quarz-Kuvette (1) aufweist
9 Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) ein wassergekühlter Kupfermantel ist
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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