Summary
وبثبات الكيميائية والتلألؤ ممتازة من الفسفور (أوكسي) نيتريد تقدم على أنها بديل واعد لالمستخدمة حاليا كبريتيد وأكسيد الفسفور. في هذه الورقة، نقدم طريقة لتحقيق خصائصه التلألؤ المحلية باستخدام cathodoluminescence منخفضة الطاقة (CL).
Abstract
نيتريد وoxynitride (Sialon) فوسفورات مرشحون جيد للأشعة فوق البنفسجية والتطبيقات الانبعاثات مرئية. عالية الأداء، والاستقرار جيدة والمرونة من خصائص الانبعاثات يمكن أن يتحقق من خلال التحكم في تكوينها ومواد إشابة. ومع ذلك، هناك الكثير من العمل ما زال مطلوبا لتحسين خواصها ولخفض تكلفة الإنتاج. نهج ممكن هو ربط خصائص التلألؤ من الجسيمات Sialon مع البيئة الهيكلية والكيميائية المحلية من أجل تحسين صفات النمو وإيجاد الفسفور جديدة. لهذا الغرض، وcathodoluminescence ذات الجهد المنخفض (CL) المجهري هو أسلوب قوية. استخدام الإلكترونات كمصدر الإثارة يسمح اكتشاف معظم المراكز التلألؤ، وكشف عن توزيع التلألؤ على مكانيا وفي العمق، مقارنة مباشرة النتائج CL مع التقنيات الأخرى التي تعتمد على الإلكترون، وتحقق استقرار خصائص التلألؤ في ظل الواحدريس. وسيتم إبراز هذه المزايا لتوصيف الفسفوري من خلال أمثلة من التحقيق في العديد من الفسفور Sialon التي كتبها منخفضة الطاقة CL.
Introduction
في الآونة الأخيرة، ويكرس المزيد والمزيد من الاهتمام للقضايا البيئية، وبخاصة إنتاج الطاقة واستهلاكها. للإجابة على هذه الاحتياجات المجتمع، ويجب أن يكون إنتاج الطاقة "أكثر اخضرارا" وهذا يعني، والحد من استهلاك الطاقة من المصادر التقليدية أو تطوير مواد جديدة صديقة للبيئة. قد حصلت على الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح) ويعرض الانبعاثات الميدان (البنك الفدرالي الأمريكي) اهتماما كبيرا نظرا لالاكتناز، وتحسين الأداء، وانخفاض استهلاك الطاقة مقارنة مع شاشات العرض الفعلية، مثل الزئبق الغاز تصريف الإضاءة الفلورسنت أو شاشات البلازما 1-5. العامل الرئيسي لمصدر ضوء LED وFED هو الفوسفور عالية الكفاءة. الأرضية النادرة الفسفور مخدر هي مواد غير عضوية تتكون من شعرية المضيفة ومواد إشابة الأرضية النادرة، والتي يمكن أن تنبعث من الضوء تحت الإثارة من الفوتونات (الأشعة فوق البنفسجية (UV)، الضوء الأزرق) والإلكترونات (شعاع الإلكترون) أو الحقل الكهربائي. متطلبات الفسفورات عالية الكفاءة هي: 1) CONVER عاليةكفاءة سيون مع مصادر الإثارة مختلفة؛ 2) الاستقرار جيدة مع تبريد الحراري المنخفض. 3) عالية النقاء اللون مع كامل لون التكاثر. ومع ذلك، سوى عدد محدود جدا من الفسفور يمكن أن تلبي في الوقت الحاضر الحد الأدنى من المتطلبات. حاليا تستخدم الفسفور القائم على أكسيد لها امتصاص منخفضة في الطيف المرئي للضوء، في حين أن تلك القائمة على كبريتيد لها بثبات الحرارية المنخفضة الكيميائية و. وعلاوة على ذلك، فإنها تظهر تدهور تحت الإلكترونات أو الجو المحيط، الأمر الذي يحد من عمر الجهاز. منذ نقاء اللون وكفاءة محدودة، فإنه يجعل من الصعب استخدامها لتحقيق ملونة عالية أجهزة الانارة جعل مؤشر (CRI). ونتيجة لذلك، لا بد من استكشاف الفسفور جديدة.
تعتبر الأرضية النادرة مخدر نيتريد وoxynitride (Sialon) فوسفورات كمرشحين جيد مع الاستقرار الحرارية والكيميائية المتميز على أساس مستقرة هياكل الرابطة الكيميائية. التحول ستوكس يصبح أصغر في لوس انجليس قويttice وأنه يؤدي إلى كفاءة تحويل عالية والتبريد الحراري صغيرة من الفسفور 6-9. بشكل عام، ويعزى التلألؤ من أيونات الأرضية النادرة ثنائي التكافؤ، مثل الاتحاد الأوروبي 2+ أو الإيتيربيوم 2+، وسي 3+ إلى التحولات الإلكترونية 5D-4F، ويتكون من شريحة واسعة مع موقف ذروة متفاوتة مع شعرية المضيفة بسبب إلى التفاعل القوي بين المدارات 5D ومجال وضوح الشمس. نظرا لخصائصها، ويتم الحصول على الطول الموجي الانضباطي التلألؤ عن طريق تغيير الطبيعة الكيميائية للأيونات الأرضية النادرة وتركزها في شعرية المضيف (الشكل 1). وهكذا، الفسفور Sialon يمكن استخدامها لتحقيق CRI عالية بيضاء الصمام باستخدام نظام الفسفوري الأزرق والأخضر والأحمر والتطبيقات في الأشعة فوق البنفسجية البنك الفدرالي الأمريكي.
على الرغم من أن الفسفور Sialon هي مواد واعدة، والكثير من العمل مثل إيجاد هياكل جديدة وخفض تكلفة الإنتاج لا تزال هناك حاجة. وعلاوة على ذلك، نظرا للصعوبات من حيث تعظيم الاستفادة من الخطيئةشروط tering، الفسفور Sialon غالبا ما تحتوي على مراحل الثانوية 18-20. التحقيق في مثل هذه الهياكل محلية مهم لفهم آلية تلبد وتحسين الظروف تلبد، وذلك لتحسين الخصائص البصرية من الفسفور Sialon. هذه الأهداف يمكن تحقيقها عن طريق cathodoluminescence منخفضة الطاقة (CL) تقنية.
CL هو ظاهرة في الالكترونات التي اضاءة على مادة الانارة تتسبب في انبعاث الفوتونات. وخلافا لمعان ضوئي (PL)، التي يسببها فوتون، ومنطقة الإثارة عادة في ترتيب ملليمتر والإثارات انتقائية تعزيز عمليات انبعاث معينة، يثير شعاع الإلكترون في مقياس متناهي الصغر وينشط جميع الآليات التألق الحالية في المواد ، والتي قد تسمح للكشف عن المراحل المختلفة مع مختلف خصائص التلألؤ 10-12. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإلكترونات الحادث تولد ليس فقط إشارة CLولكن أيضا إشارات مختلفة، مثل الإلكترون ينعكس، أوجيه أو الأشعة السينية، والتي توفر معلومات مختلفة على المواد. وهكذا، يمكن أيضا الحصول على الخصائص الكهربائية الهيكلية والكيميائية و. الجمع بين هذه التقنيات مع نتائج CL في فهم أفضل لأصل الهياكل المترجمة من الفسفور Sialon 14-20.
التحقيقات CL لا يمكن أن يؤديها من خلال أنواع مختلفة من مصادر شعاع الإلكترون 13. في الوقت الحاضر، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) هو النظام الأكثر شيوعا لإجراء قياسات CL. في ما يلي، ونحن نذهب لمناقشة أساسا هذا النظام. كما رأينا في الشكل. 2، يتم تنفيذ القياسات CL باستخدام مصدر الإلكترون (SEM)، جامع الفاتح (الألياف الضوئية ومستوحد اللون) ونظام الكشف. ويتكون نظام الكشف عن الجهاز المسؤول عن جانب (CCD) وأنبوب مضخم (PMT)، والتي هي لوضع كشف مواز وطريقة الكشف عن المسلسل، على التوالي.بشكل عام، يتم ضبط الضوء التي تم جمعها من عينة عن طريق شق ثم فرقت صريف مستوحد اللون. عندما فرقت ضوء جمعها من العينة على اتفاقية مكافحة التصحر (وضع الكشف الموازية)، تم الكشف عن كل الطول الموجي الانبعاثات في وقت واحد. عند تحديد طول موجي محدد من الضوء تفرقهم شق (وضع الكشف عن المسلسل)، يتم تسجيل شدة من قبل PMT لتشكيل الصور أحادية اللون.
في هذه الورقة، ونحن أساسا تسليط الضوء على استخدام CL المنخفض للطاقة لتوصيف الفسفورات Sialon، تمثيلي، سي مخدر ن. 14، 22، مخدر كاليفورنيا (لوس انجليس، م) شركة (سي 6 زي آل ض) ( N 10-Z يا ض) (ض ~ 1) (حركة العدل والمساواة) 15، سي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. 16 و 17 و سي مخدر لا 5 سي 3 O 12 N المواد. عبر طريقة تلميع قطاعات باستخدام شعاع الأرجون أيون (طريقة CP) هو وسيلة مفيدة لمراقبة الهياكل الطبقات، وذلك بسبب مساحتها أوسع تلميع مع أقل الأضرار السطحية. هذاوقد تم تنفيذ لإجراء تحقيق في هيكل محلي من الفسفور. سيتم توضيح أيضا ارتباط CL مع التقنيات المعتمدة الإلكترون الأخرى وتحقيق الاستقرار التلألؤ.
Protocol
1. عينات
- تركيب الفوسفور
- تصميم المنتج، وتحديد المواد الأولية والأوزان على أساس التفاعلات الكيميائية المتوقعة. على وجه التحديد الوزن مساحيق انطلاق الخام 14-20.
- سحق ومزجها في هاون العقيق باليد. اعتمادا على نوعية مساحيق الخام، مزيج من 15-30 دقيقة من أجل الحصول على مزيج متجانس قدر الإمكان. حزمة مسحوق خليط إلى بوتقة نيتريد البورون.
ملاحظة: إجراء الخطوات 1.1.1-1.1.2 في علبة القفازات تحت غاز خامل، مع منخفضة جدا تركيز الأكسجين كمنتج نهائي أو مساحيق الخام غير مستقرة في الهواء. - اطلاق النار على مسحوق خليط في الفرن تلبد الغاز ضغط مع سخان الجرافيت. تسخين العينات بمعدل تسخين مستمر. ندخل في غرفة الغاز النيتروجين محدد مسبقا (99.999٪ نقاء)، ورفع في وقت واحد تصل درجة الحرارة إلى القيمة المطلوبة.
ملاحظة: حافظ على نفس الظروف لمدة sinte حلقة. درجة الحرارة للتدفئة ومدتها تختلف اعتمادا على المواد 14-20. - بعد اطلاق النار، اغلاق السلطة، والسماح للعينات يبرد داخل الفرن. سحق كذلك مساحيق متكلس في هاون العقيق باليد حتى الحصول على جسيمات دقيقة.
- المقطع العرضي
- مزيج 150 ملغ من الفوسفور المتألق مع 300 ملغ من الراتنج و 30 ملغ من تصليب. تصب في قالب السيليكون وتخبز في 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في فراغ التبخر لالأكسجين من الخليط.
- وضع في قالب السيليكون ويخبز مرة أخرى عند 100 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة في الهواء لصنع مسحوق جزءا لا يتجزأ من رقاقة. أثناء التسخين، تترسب معظم مساحيق في الجزء السفلي بسبب كثافة المواد عالية.
- تلميع وجه من وجوه السفلي من الشريحة عن طريق يدوية في اللفة وسورة أيون المقطع العرضي ملمع من أجل إنتاج سطح المرآة. أعلى كمية من مساحيق مصبوب يسمح تحسين رصد البنية الداخلية للمساحيق.
- عينة وانشاء إعداد
ملاحظة: كما CL هي تقنية تماس، لا توجد متطلبات خاصة لقياس نفسها. وإعداد تعتمد على أهداف القياس. وهكذا، على القياسات الكمية، فإنه قد يكون من المفضل وضع كمية كبيرة من المساحيق على الشريط الكربون، أو فيلما. لقياس النوعية، والتحقيق في جزيئات منعزلة قد يفضل عن طريق وضع كمية صغيرة من مسحوق على شريط الكربون، أو تشتيت مسحوق في الإيثانول وimmerging واحد التقليدية النحاس شبكة صغيرة لتيم في الحل.- ضبط ارتفاع مرحلة عينة لمحاذاة الجزء العلوي من العينة مع المرحلة المرجعية (12 ملم).
- إدراج المرحلة العينة إلى الغرفة. إدراج مرآة بيضاوي بين بندقية الإلكترون والعينات. تأكد من أن العينات لا تلمس المرآة بيضاوي لمنع تلوث المرآة أو كسرها.
- ملء باردجي خزان للكشف عن وسائل N 2. بدوره على كاشف. انتظر حتى اسطبلات درجة الحرارة للكشف عن لبدء القياسات CL. درجة الحرارة المثالية لقياس هو 110 ك. ملاحظة: يمكن التحقق من درجة الحرارة على البرنامج.
- قياسات CL
ملاحظة: شروط شعاع الالكترون، ولا سيما الإلكترون طاقة شعاع وشعاع الحالية تم تحديدها. وينبغي اختيار هذه الشروط في وظيفة من كثافة المتوقعة التألق من العينات والشحن لاحظ، وتدهور التلألؤ ومصالح في تحليل معمق.- ضع شعاع الإلكترون حيث كنت تريد أن تأخذ SEM و / أو الطيف CL. التركيز على الصورة من أجل اخراج الشكل تحديدا والاستجماتيزم الصحيح للحصول على صورة واضحة وحادة. ضبط ارتفاع المسرح والعمل عن بعد. تصحيح الاستجماتيزم باستخدام س، ص stigmators على الصورة المكبرة. بدء تشغيل البرنامج لاقتناء CL.
- تحسين وضع مرآة وارتفاع العينة للحصول على أقوى كثافة لأطياف CL. لتنفيذ ذلك، انقر على "قياس الوقت الحقيقي" وحدد "الوضع المستمر" على البرنامج. ضبط المرآة في مستوحد اللون كما "الجانب الأمامي" لإرسال الضوء المتناثرة لاتفاقية مكافحة التصحر واتخاذ أطياف CL سريع. ببطء تغيير موقف المرآة وارتفاع عينة مع الحفاظ على صورة SE ركزت وزيادة كثافة CL.
- لCL أطياف من منطقة واسعة، انقر على "قياس الوقت الحقيقي" الرمز وحدد "وضع طلقة واحدة" على البرنامج. تكوين نظام الكشف عن الضوء لإرسال الضوء المنبعث لاتفاقية مكافحة التصحر. اعتمادا على العينة، اختيار، عرض الشق وقياس الزمن جمع صريف من أجل الحصول على كثافة / قرار الطيفي الأنسب.
- لCL التصوير أحادي اللون، انقر على أيقونة "قياس الصورة" وحدد "كشف PMT" على البرنامج. ضبط المرآة في مستوحد اللون لالصورة "الجانب الخلفي" لإرسال الضوء المتناثرة لكشف PMT، وإدراج شق. اعتمادا على العينة، اختيار القرار، والتكبير، والطول الموجي جمع مرغوب فيه والوقت. تجميد الصورة وإرسالها إلى البرنامج.
- لتحليل CL المحلية، واتخاذ SE أو CL صورة لأول مرة. انقر على أيقونة "قياس"، وحدد موقف لاتخاذ الأطياف على الصورة. تكوين نظام الكشف عن الضوء لإرسال الضوء المنبعث لاتفاقية مكافحة التصحر، ومن ثم اتخاذ أطياف CL.
- لتطور الزمن CL، انقر على أيقونة "قياس الوقت الاعتماد" وحدد "CCD" على البرنامج. تكوين نظام الكشف عن الضوء لإرسال الضوء المنبعث إلى كاشف CCD. اعتمادا على البرنامج، حدد أعداد الأطياف والوقت بين 2 القياسات، على سبيل المثال 360 أطياف كل 10 ثانية.
Representative Results
يتم توزيع التألق ليس أفقيا فقط ولكن أيضا في العمق. هذا التوزيع سطح الأساسية يمكن ملاحظتها مع CL عن طريق تغيير الطاقة الإلكترون، لأنه يختلف عمق تغلغل الإلكترونات الحادث 21. ومع ذلك، يختلف عمق تغلغل في كل المواد والمراسلات بين الطاقة الإلكترون وعمق الاختراق ليست خطية، ويمكن إدخال بعض آثار إضافية، مثل استيعاب من أعلى طاقة الفوتون من مناطق أعمق من المواد في حد ذاتها. وبالتالي، قد يكون من الأفضل لمراقبة مباشرة للتوزيع سطح الأساسية عبر المقطع العرضي للمراقبة. في حالة مساحيق الفوسفور، مثل هذه الملاحظة لا يمكن أن يتحقق من خلال محاصرة الجسيمات في الراتنج وتلميع مركب راتنج مسحوق من المقطع العرضي الملمع، على سبيل المثال. منذ يتم توزيع الجزيئات بشكل عشوائي في الراتنج، والاتجاه القطع لا يمكن السيطرة عليها. ومع ذلك، فإن كمية عالية من الجسيمات لllows قطع جسيمات ما يكفي لجعل مثل هذا التحليل صحيحا.
لتوضيح هذه النقطة، قمنا بدراسة توزيع التلألؤ من مسحوق ن. مخدر سي. ويبين الشكل 5A أطياف CL مساحيق ن. مخدر مع 0.0٪ و 1.6٪ من سي. انبعاث ن. undoped يتكون من 2 العصابات في 350 و 380 نانومتر، في حين أن ن. مخدر مع 1.6٪ من الفرقة في 350 نانومتر مع الكتف واضحا عند 280 نانومتر. وتعزى العصابات نانومتر 350 و 380 إلى Al المجمعات الشغور الأكسجين (O N -V آل)، بينما الكتف عند 280 نانومتر مع ن.، تنقية يا تتأثر سي لتشكيل شافي بخار 22. الشكل 5B و5C تظهر CL الصور التي التقطت في 280 نانومتر لأطول-متكلس ومساحيق ن. مخدر مع 1.6٪ من سي، على التوالي عبر مقطوع. انبعاث نانومتر 280 هو غير منتظم على طول جزيئات من صورة CL من العينة كما هو ومتكلس، يبدو أن المجالات إشراقا لتكون على حواف قدم المساواةجسيمات، ولكن الأشكال التضاريسية من الجسيمات وتوزيعها قد تجعل مثل هذه الملاحظات ليست واضحة جدا. ومع ذلك، من صورة CL من العينة عبر مقطوع، ويبدو بوضوح أن انبعاث 280 نانومتر المترجمة أساسا على أسطح جزيئات، مما يوحي بأن جزيئات ن. والمغلفة في الواقع من قبل طبقة والسطحية سي الغنية تنقية قد المضي قدما.
تغير التركيبة المحلية في فوسفورات Sialon يمكن أن تؤثر بشكل كبير على خصائص التلألؤ. وهكذا، فإن نفس أيون الأرضية النادرة في مختلف المضيفة شبكي أو في مواقع مختلفة قد يعطي انبعاثات مختلفة 15،18-20. ولكن، للأسف، الخلافات المحلية خلال تلبد، مثل توزيع درجة الحرارة أو المواد الخام النسبة، أو الأكسدة الجزئية من سطح الجزيئات، ومن المتوقع، مما أدى إلى تغييرات في تركيبة طول الجسيمات و / أو في التعايش بين عدة مراحل. هذه الآثار قد لا تكون دييمكن ملاحظتها بصورة مباشرة مع تقنيات توصيف الهيكلية والكيميائية. وبالتالي، فمن المهم للتحقيق في خصائص التلألؤ المحلية من الفوسفور. مع مراقبة دقيقة عن حجم وموضع الإلكترون الحزم في SEM، فمن الممكن ليس فقط للحصول على الطيف CL من منطقة النانوية ولكن أيضا للحصول على صور عالية الدقة CL المراكز التلألؤ.
(لا، م) شركة (سي 6 زي آل ض) (N 10-Z يا ض) (ض ~ 1) (حركة العدل والمساواة) هو الفوسفور الأزرق المكثف الذي هو مناسبة للإضاءة العامة. فقد وجد أنه من خلال استبدال (لا، م) من الكالسيوم، وإزاحة حمراء وتوسيع قمم CL تحدث وفقا لالكالسيوم المنشطات. وكان يعتقد أن الكالسيوم والتي تؤثر على تقسيم المجال البلوري من سي 3+. ولكن هذا التفسير، استنادا فقط على أطياف التألق، مضلل، كما يتضح من تحليل المحلي المقطعية. ويوضح الشكل (6) 15 وعبر ثانيةtional SE (CS-SE)، جنبا إلى جنب الصور CS-CL في 300 نانومتر (الأحمر) و 430 نانومتر (الأزرق) و 540 نانومتر (الخضراء) والأطياف CL المحلية التي اتخذت في 5 كيلو فولت لفوسفورات حركة العدل والمساواة مخدر مع 0 (أ، ب، ج) و 0.69 (د، ه، و) في. ٪ من الكالسيوم، على التوالي. ذلك أن لوحظ أن تم اختيار هذه الأطوال الموجية من أجل الحد من عصابات المتداخلة في حال أن وجود عدة فرق. للحصول على صورة CS-CL من عينة undoped الكالسيوم، وتتكون جزيئات حركة العدل والمساواة من العديد من الجسيمات مكتل مع بعضها البعض. يتم توزيع التألق في 430 نانومتر موحد تقريبا مع بعض المناطق أكثر إشراقا وبعض من منطقة محلية في 300 نانومتر. من ناحية أخرى، تظهر حدود الحبوب الانبعاثات أغمق. ويكشف تحليل CL المحلي أن شكل الطيفي هو مشابه نسبيا في أي المواقف، مع التحول من العصابات 430-450 نانومتر، وكثافة الطيفية في اتفاق جيد مع الصور. للحصول على صورة CS-CL من الكالسيوم مخدر، وهناك فروق ذات دلالة إحصائية بين 430 و 540 نانومتر. تظهر بقع Submicron بوضوح أكثر إشراقا في 300 و 540 نانومتر على طول بو كبيرrtion من الجزيئات مع مناطق الحدود قتامة الحبوب، في حين المترجمة انبعاث 430 نانومتر في قسم آخر من الجسيمات. من خلال تحليل المحلي، الطيف CL تؤخذ على 430 منطقة مشرقة نانومتر (النقطة 3) يتكون الفرقة في 440 نانومتر، وقابلة للمقارنة على أحد لاحظ لعينة الكالسيوم وundoped. المناطق المشرقة في 540 نانومتر، وجزءا لا يتجزأ من نفس الجسيمات، (النقاط 1 و 4) تظهر الفرقة في 480-490 نانومتر. المناطق مشرق صغيرة في 300 نانومتر (2 نقطة) ومنطقة الحدود الحبوب الداكنة (5 نقاط) تظهر الفرقة في 440 نانومتر مع الكتف في 480 نانومتر، وأحيانا في الانبعاثات في 310 نانومتر. استنادا إلى تحليل الأدب وحيود الأشعة السينية، يمكننا أن نعزو الفرقة تركزت في نحو 430 نانومتر إلى سي 3+ في حركة العدل والمساواة 22 وذلك في 480 نانومتر إلى سي 3+ في α-SiAlON 23. ونشأت انبعاث واسع أكثر قتامة لسي 3+ في β-SiAlON، وذلك في 310 نانومتر إلى Sialon المواد المضيف. تثبت هذه النتائج أن التحول الأحمر وتوسيع قمم CL وفقا لالكالسيوم المنشطات قد لا أن ينسبللتغيرات الناجمة عن الكالسيوم في تقسيم المجال البلوري من سي 3+ الفكر كما في البداية، ولكن أكثر إلى التعايش بين المراحل المختلفة داخل نفس الجسيمات والتحول التدريجي من β-SiAlON إلى ألفا SiAlON مع الكالسيوم المنشطات.
على الرغم من أن مراقبة مراكز الانبعاثات المختلفة وتوزيعها ممكن باستخدام CL منخفضة الطاقة، فإنه قد لا يكون كافيا لنفهم تماما طبيعة مراكز التلألؤ. في مثل هذه الحالات، فمن الضروري الجمع بين القياسات CL مع غيرها من التقنيات. منذ الإلكترونات الحادث يمكن أن تولد إشارات أخرى بجانب CL، فمن الممكن أن يرتبط مباشرة انبعاث الضوء مع الخصائص الهيكلية الكهربائية والكيميائية أو من خلال التحقيق في نفس المنطقة مع تقنيات الإلكترون الحزم المختلفة. وهكذا، تم استخدام ارتباط CL مع عالية الدقة تيم (HRTEM) وايبك لتوصيف العيوب، مثل الاضطرابات أو أخطاء التراص. أما بالنسبة للتباين تركيز / التكوين، ومزيج من CL مع تيم، EDS أو أوجيه الطيفي يمكن أن يؤدي إلى فهم أفضل لأصل التلألؤ.
هنا، نحن لتوضيح هذا الجانب من خلال التحقيق في الانبعاثات من مسحوق ن. مخدر سي الشكل 7 معارض الصور CS-CL وCS-EDS (أ، ب) والمحلي الأطياف (ج، د) من ن. الجسيمات مخدر مع 4.0٪ سي منشطات. تم التقاط هذه الصورة CS-CL في 350 نانومتر، بينما تتكون الصورة CS-EDS من تراكب سي و آل التوزيع. تظهر الصورة CS-CL الهيكل ممدود أكثر قتامة في وسط الجسيمات. أطياف CL المحلية التي اتخذت في المنطقة مشرقة تتكون من ذروة قوية في 350 نانومتر مع الكتفين عند 280، 380، و 460 نانومتر. ومع ذلك، هناك تغييرات واضحة في النسب بين هذه العصابات المختلفة مع الموقف. المناطق التي تبين انبعاث أكثر إشراقا في 350 نانومتر (1 نقطة) يظهر أعلى انبعاث 280 نانومتر، وأصغر انبعاث 460 نانومتر مقارنة معين الفرقة في 350 نانومتر، في حين أن التصحيح أكثر قتامة ممدود (نقطة 2) يظهر أصغر انبعاث 280 نانومتر، وارتفاع انبعاث 460 نانومتر مقارنة مع الفرقة الرئيسية في 350 نانومتر. ونشأت نانومتر 460 من سي استيعاب عيوب في ن. 24. صور EDS والأطياف المحلية تكشف عن أن المنطقة ممدود قتامة تظهر آل أصغر حجما وأعلى تكوين سي بالمقارنة مع بقية الجسيمات. مقارنة مع النتائج التي لوحظت في الشكل 5، يمكننا أن نفترض أن زيادة كمية سي إلى ن.، يحدث رد فعل ثانوي بين سي ون.، الذي يدفع تشكيل مراحل SiAlON.
المعلمات الهامتين للمادة تستخدم في الأجهزة هي المواد عالية الأداء والاستقرار تحت الضغط. في الواقع، فإن تدهور خصائص المواد تحت الضغط يقلل من عمر البطارية، وهي ليست قابلة للتطبيق صناعيا. وهكذا، على أجهزة شعاع الإلكترون حفز، مثل أنابيب أشعة الكاثود (المركز الملكي) والاجهزة الاتحادية، هو نecessary لتطوير شعاع الإلكترون تشعيع الفسفور مقاومة و / أو لفهم آليات شعاع الإلكترون الناجم من أجل منع أو الحد من هذه الآثار. يمكن أن يحدث تدهور التلألؤ عبر آليات مختلفة، مثل الامتزاز / المج أو فرض رسوم على السطوح، وإنشاء أو تفعيل العيوب، الخ 25-27. وعلى الرغم من هذه الاختلافات شدة تعقيد التحليل الكمي للنتائج CL، ويمكن استخدامها للتحقيق في عمر الأجهزة البصرية الالكترونية.
لتوضيح هذه النقطة، لدينا أطياف CL والتطورات اثنين من فوسفورات التي ينبعث منها اللون الأزرق، مخدر سي لا 5 سي 3 O 12 N وسي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن.. ويبين الشكل 8A أطياف CL لمخدر سي-لا 5 سي 3 O 12 N وسي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. بعد 20 ثانية من الإشعاع في 5 كيلو فولت. تظهر كلتا العينتين انبعاث الأزرق المكثف: موقف الفرقة وكثافة ل La مخدر CE-<فرعية> 5 سي 3 O 12 N هي 456 نانومتر و 3270 من القانون الجنائي، على التوالي، في حين أن لسي / codoped الاتحاد الأوروبي-ن. هي 466 نانومتر و 3100 من القانون الجنائي. وبداهة، والفرق الرئيسي بين هذه العينات 2 هو اتساع من الانبعاثات، منذ انبعاث لمخدر سي-لا 5 سي 3 O 12 N أكبر بسبب التعايش بين عدة فرق. وهكذا، يبدو أن كلا من المواد هي مناسبة كما فوسفورات التي ينبعث منها اللون الأزرق للالبنك الفدرالي الأمريكي، وأن علينا أن ننظر المعايير من حيث التكلفة تلفيق، والتوافق مع فوسفورات أخرى أو استقرار خصائص التلألؤ تحت شعاع الإلكترون تشعيع، لتحديد الأكثر ملاءمة. ويبين الشكل 8B والتطورات من CL شدة CE-مخدر لا 5 سي 3 O 12 N وسي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. خلال شعاع الإلكترون تشعيع في 5 كيلو فولت. لCE-مخدر لا 5 سي 3 O 12 N، يقلل من كثافة من 3270 إلى 450 من القانون الجنائي في 5 دقائق و95 من القانون الجنائي في 60 دقيقة. وهي، في ظل 3،600 ثانية التشعيع 5 كيلو فولت، وشدة النقصان أكثر من 95٪ من كثافة الأولية. لن. سي / الاتحاد الأوروبي مخدر، وشدة النقصان 3100 إلى 2500 من القانون الجنائي في 60 دقيقة، أي بانخفاض قدره 20٪ من هذه الكثافة الأولية. هذه النتائج تظهر بوضوح أن ن. سي / الاتحاد الأوروبي مخدر هو مرشح أفضل بكثير من مخدر سي-لا 5 سي 3 O 12 N ويرجع ذلك إلى الاستقرار العالي فيها.
الشكل 1: التلألؤ من الأرضية النادرة مخدر الفسفور SiAlON صور من الفسفور مختلفة تحت مرئية (أ) والأشعة فوق البنفسجية (ب) الضوء. (ج) تطبيع CL أطياف الاتحاد الأوروبي 2+ في الشبكات المضيف مختلفة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الصفحة = "1"> 
الشكل 2: إعداد من CL (أ) صورة من وزارة شؤون المرأة مع CL النظام، مع أقحم صورة المرآة بيضاوي. (ب) صورة تخطيطية للنظام الكشف عن الضوء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3): إعداد الفسفور SiAlON (أ) تحديد مساحيق انطلاق والوزن وتلبد شروط؛. (ب) خلط مساحيق الخام؛ (ج) التكلس من مسحوق خليط. (د) مساحيق متكلس قبل وبعد سحق.الهدف = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4: المقطع العرضي اعداد (أ) خلط مساحيق مع الراتنج وتصليب، والهواء التبخر في الخليط. (ب) صب في قالب السيليكون والتدفئة. (ج) تلميع رقائق من قبل يدوية في اللفة وسورة أيون المقطع العرضي الملمع. (د) قياس مساحة مصقولة مستعرضة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: توزيع الأساسية قذيفة في ن. مخدر سي (أ) CL أطياف مساحيق ن. مخدر مع 1.6٪ من سي في 5 كيلو فولت. (ب - ج) وصور CL اتخذت في 5 كيلو فولت و 280 نانومتر لأطول-متكلس (ب) ومساحيق (ج) ن. عبر مقطوع مخدر مع 1.6٪ من سي، على التوالي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم .
الرقم 6: تحليل المحلي من الفوسفور حركة العدل والمساواة مخدر كا-CS-SE، جنبا إلى جنب الصور CS-CL في 300 نانومتر (الأحمر) و 430 نانومتر (الأزرق) و 540 نانومتر (الخضراء) والأطياف CL المحلية التي اتخذت في 5 كيلو فولت لفوسفورات حركة العدل والمساواة مخدر مع 0 (أ، ب، ج) و 0.69 (د، ه، و) في. ٪ من الكالسيوم، على التوالي.ig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7:. CL وEDS مقارنة مخدر سي ن. CS-CL وCS-EDS صور (أ، ج) والمحلي الأطياف (ب، د) من ن. الجسيمات مخدر مع 4.0٪ سي المنشطات الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 8: الاستقرار التلألؤ اثنين من الفسفور الزرقاء (أ) CL أطياف مخدر سي-لا 5 سي 3 O 12 N وسي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. بعد 20 ثانية من الإشعاع في 5 كيلو فولت. (ب 5 سي 3 O 12 N وسي / الاتحاد الأوروبي مخدر ن. خلال أشعة الإلكترون الحزم في 5 كيلو فولت. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
من خلال هذه الأمثلة النموذجية على CL توصيف منخفضة الطاقة على الفسفور Sialon، لقد أظهرنا كيف تقنية قوية وسريعة لتحقيق الفسفور يمكن أن يكون. عن طريق قياس القياسات CL ورسم الخرائط المحلية، والاستفادة من المرونة في إعداد العينات والجمع CL مع تقنيات أخرى، يمكننا أن نعزو بدقة أكبر أصول التلألؤ، وتوضيح آليات النمو وتحديد الفسفور أكثر ملائمة للتطبيقات. هذه النتائج قابلة للتحقيق ويرجع ذلك أساسا إلى إدخال تحسينات على المجاهر الإلكترونية وكاشفات ضوئية، مما يعزز وقت جمع القياس، وحساسية ودقة مكانية.
كلا الفسفور Sialon والحقول CL لا تقتصر بطبيعة الحال على الجوانب الواردة في هذه الورقة. في ما يلي، من أجل توسيع النقاش، ونحن نذهب لمناقشة أكثر قليلا حول كل منها على حدة.
في حالة سالفسفور و Sialon، مع متفوقة التلألؤ والاستقرار ممتلكاتهم، ويجري أكثر وأكثر استخداما لتطبيقات الإضاءة. ومع ذلك، فإنها أيضا عرض مثيرة جدا للاهتمام الميكانيكية والحرارية، والمغناطيسية، الموصلية الفائقة الأدوات الكهربائية والإلكترونية، والخصائص البصرية، والتي يمكن ضبطها عن طريق تغيير تركيبتها. وبالتالي، فهي موجودة أيضا في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل الطلاء antireflection، وامتصاص الطاقة الشمسية، والمرايا الحرارة، أصباغ ملونة، يحركها الضوء المرئي photocatalysts، نوافذ شفافة والدروع، أو تحقيقات الفلورسنت للتصوير الطبية الحيوية 29. يمكننا أن نتوقع أنهم ذاهبون للعب أدوار حاسمة في كثير من جوانب الطاقة والمتصلة بالبيئة، مثل حصاد بكفاءة الطاقة الشمسية، وتحقيق اقتصاد الهيدروجين، والحد من التلوث البيئي، وتوفير موارد الطبيعية، وما إلى ذلك، هناك الكثير من العمل لا تزال هناك حاجة إلى مواصلة تحسين خواصها وتخفيض تكلفة إنتاجها، مثل decreasing درجة الحرارة تلبد أو الحد من استخدام أيونات الأرضية النادرة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال إيجاد الفسفور Sialon جديدة، وتوضيح دور الظروف التكوين والنمو على الخصائص. ولقد رأينا أن CL يمكن أن تلعب دورا هاما في تحقيق هذه الأهداف. ولكن، قد كشفت عن أساليب جديدة الأخيرة أيضا احتمالات واعدة جدا. اثنان من هذه الطرق هي الوقت من الطيران أيون الثانوية الطيف الكتلي (TOF-سيمز) وجسيم واحد التشخيص. TOF-سيمز غير قادرة على حل مكانيا الطيف الكتلي كامل مع ذات حساسية عالية، والتي تمكن ليس فقط الكشف عن الأنواع المعرضة للمستوى التتبع ولكن أيضا الاختلافات في حالة الأكسدة 31. يتكون التشخيص جسيم واحد في العلاج من الجسيمات الانارة الفردية في خليط معقد كما الكريستال واحد صغير، وللتحقيق في الخصائص البصرية والهيكلية عن طريق فائقة الدقة واحدة من الكريستال حيود الأشعة السينية ومضان جسيم واحد 31.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SEM | Hitachi | S4300 | |
| Triple-grating monochromator | Horiba Jobin-Yvon | Triax 320 | |
| Photomultiplier | Hamamatsu | R943-02 | |
| Charge-coupled device with 2048 channels | Horiba Jobin-Yvon | Spectrum One | |
| Gas-pressure sintering furnace with a graphite heater | Fujidempa Kogyo Co. Ltd. | FVPHR-R-10, FRET-40 | |
| Silicone mold | LADD | 21780 | |
| Ar-ion cross-section polisher | JEOL | SM-09010 | |
| EDS | BRUKER | Xflash6/100 | |
| Resins | JEOL | Part No 780028520 |
References
- Spindt, C. A., Holland, C. E., Brodie, I., Mooney, J. B., Westerberg, E. R. Field-emitter arrays applied to vacuum fluorescent display. IEEE Trans. Electron Devices. 36 (1), 225-228 (1989).
- Holloway, P. H., et al. Advances in field emission displays phosphors. J. Vac. Sci. Technol. B. 17 (2), 758-764 (1999).
- Itoh, S., Tanaka, M., Tonegawa, T.
- Schubert, E. F., Kim, J. K., Luo, H., Xi, J. Q. Solid-state lighting - a benevolent technology. Rep. Prog. Phys. 69 (12), 3069-3099 (2006).
- McKittrick, J., Shea-Rohwer, L. E. Review: Down Conversion Materials for Solid-State Lighting. J. Am. Ceram. Soc. 97 (5), 1327-1352 (2014).
- Smet, P. F., Parmentier, A. B., Poelman, D. Selecting Conversion Phosphors for White Light-Emitting Diodes. J. Electrochem. Soc. 158 (6), 37-54 (2011).
- Xie, R. J., Hirosaki, N., Sakuma, K., Kimura, N. White light-emitting diodes (LEDs) using (oxy)nitride phosphors. J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (14), 144013 (2008).
- Xie, R. J., Hirosaki, N. Silicon-based oxynitride and nitride phosphors for white LEDs - A review. Sci. Technol. Adv. Mater. 8 (7-8), 588-600 (2013).
- George, N. C., Denault, K. A., Seshadri, R. Phosphors for Solid-State White Lighting. Annu. Rev. Mater. Res. 43, 481-501 (2013).
- Gustafsson, A., Pistol, M. E., Montelius, L., Samuelson, L. Local probe techniques for luminescence studies of low-dimensional semiconductor structures. J. Appl. Phys. 84 (4), 1715-1775 (1998).
- Dierre, B., Yuan, X. L., Sekiguchi, T. Low-energy cathodoluminescence microscopy for the characterization of nanostructures. Sci. Technol. Adv. Mater. 11 (4), 043001 (2010).
- García de Abajo, F. J.
- Yacobi, B. G., Holt, D. B.
- Cho, Y., et al. Influence of Si on the particle growth of AlN ceramics. Appl. Phys. Express. 7 (11), 115503 (2014).
- Takahashi, T., et al. Luminescence properties of blue La1-xCexAl(Si6-zAlz)(N10-zOz) (z.~1) oxynitride phosphors and their application in white light-emitting diode. Appl. Phys. Lett. 91 (9), 091923 (2007).
- Hirosaki, N., et al. Blue-emitting AlN : Eu2+ nitride phosphor for field emission displays. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 061101 (2007).
- Dierre, B., et al. Role of Si in the Luminescence of AlN :Eu,Si Phosphors. J. Am. Ceram. Soc. 92 (6), 1272-1275 (2009).
- Dierre, B., Xie, R. J., Hirosaki, N., Sekiguchi, T. Blue emission of Ce3+ in lanthanide silicon oxynitride phosphors. J. Mater. Res. 22 (7), 1933-1941 (2007).
- Dierre, B., et al. Luminescence distribution of Yb-doped Ca-alpha-SiAlON phosphors. J. Mater. Res. 23 (6), 1701-1705 (2008).
- Dierre, B., et al. Local analysis of Eu2+ emission in CaAlSiN3. Sci. Technol. Adv. Mater. 14 (6), 064201 (2013).
- Brillson, L. J.
- Liu, L., et al. Optical Properties of Blue-Emitting CexSi6-zAlz-xOz+1.5xM8-z-x for White Light-Emitting Diodes. J. Electrochem. Soc. 157 (1), 50-54 (2010).
- Xie, R. -J., et al.
- Cho, Y., et al. Defects and luminescence control of AlN ceramic by Si-doping. Scripta Materialia. 110 (1), 109-112 (2016).
- Itoh, S., Kimizuka, T., Tonegawa, T. Degradation mechanism for low-voltage cathodoluminescence of sulfide phosphors. J. Electrochem. Soc. 136 (6), 1819-1823 (1989).
- Swart, H. C., et al. Review on electron stimulated surface chemical reaction mechanism for phosphor degradation. J. Vac. Sci. Technol. A. 25 (4), 917-921 (2007).
- Dierre, B., Yuan, X. L., Ueda, K., Sekiguchi, T. Hydrogen released from bulk ZnO single crystals investigated by time-of-flight electron-stimulated desorption. J. Appl. Phys. 108 (10), 104902 (2010).
- Dierre, B., Yuan, X. L., Ohashi, N., Sekiguchi, T. Effects of specimen preparation on the cathodoluminescence properties of ZnO nanoparticles. J. Appl. Phys. 103 (8), 083551 (2008).
- Xie, R. J., Hintzen, H. T. Optical Properties of (Oxy)Nitride Materials: A Review. J. Am. Ceram. Soc. 96 (3), 665-687 (2013).
- Swart, H. C., Nagpure, I. M., Ntwaeaborwa, O. M., Fisher, G. L., Terblans, J. J. Identification of Eu oxidation states in a doped Sr5(PO4)3F phosphor by TOF-SIMS imaging. Opt. Express. 20 (15), 17119-17125 (2012).
- Hirosaki, N., Takeda, T., Funahashi, S., Xie, R. J. Discovery of New Nitridosilicate Phosphors for Solid State Lighting by the Single-Particle-Diagnosis Approach. Chem. Mater. 26 (14), 4280-4288 (2014).
- Lim, S. K., et al. Direct Correlation between Structural and Optical Properties of III-V Nitride Nanowire Heterostructures with Nanoscale Resolution. Nano Lett. 9 (11), 3940-3944 (2009).
- Zagonel, L. F., et al. Nanometer Scale Spectral Imaging of Quantum Emitters in Nanowires and its Correlation to Their Atomically Resolved Structure. Nano Lett. 11 (2), 568-573 (2011).
- Furamoto, K., et al. Development of Novel Optical Fiber System for Cathodoluminescence Detection in High Voltage Transmission Electron Microscope. Materials Transactions. 54 (5), 854-856 (2013).
- Poelman, D., Smet, P. F. Time resolved microscopic cathodoluminescence spectroscopy for phosphor research. Physica B. 439, 35-40 (2014).
