Summary
En fremragende kemiske og luminescens stabiliteter af (oxy) nitrid fosfor præsentere denne som en lovende alternativ til i øjeblikket anvendes sulfid og oxid fosfor. I dette papir, præsenterer vi den måde at undersøge sine lokale luminescens egenskaber ved hjælp af lavenergi cathodoluminescence (CL).
Abstract
Nitride og oxynitrid (Sialon) fosfor er gode kandidater til det ultraviolette og applikationer synlige emissioner. Høj ydeevne, god stabilitet og fleksibilitet af deres emissionsegenskaber kan opnås ved at styre deres sammensætning og doteringsmidler. Men en masse arbejde stadig behov for at forbedre deres egenskaber og reducere produktionsomkostningerne. En mulig tilgang er at korrelere luminescensegenskaberne af Sialon partikler med deres lokale strukturelle og kemiske miljø for at optimere deres vækst parametre og finde nye fosfor. Til et sådant formål, lav spænding cathodoluminescence (CL) mikroskopi er en kraftfuld teknik. Brugen af elektron som en excitation kilde tillader detektering fleste luminescens centre, afsløre deres luminescens fordeling rumligt og i dybden, direkte sammenligne CL resultater med de andre elektron-baserede teknikker, og undersøge stabiliteten af deres luminescens egenskaber under stress. Sådanne fordele for fosfor karakterisering vil blive fremhævet gennem eksempler på undersøgelser på flere Sialon fosfor ved lavenergi CL.
Introduction
For nylig, er mere og mere opmærksomhed viet til miljøspørgsmål, især energiproduktion og -forbrug. For at besvare disse samfundets behov, skal energiproduktion være "grønnere", der betyder, at reducere energiforbruget fra traditionelle kilder eller udvikling af nye miljøvenlige materialer. Lysdioder (LED) og feltemissionsdisplays (Feds) har fået stor opmærksomhed på grund af deres kompakthed, forbedret ydeevne og lavere strømforbrug i forhold til de faktiske skærme, såsom kviksølv gas-udledning fluorescerende lys eller plasmaskærme 1-5. Den afgørende faktor for lyskilde LED og FED er en høj-effektiv fosfor. Sjældne jordarters doteret phosphorer er uorganiske materialer, der består af et værtsgitter og sjældne jordarters doteringsstoffer, som kan udsende lys under excitation af fotoner (ultraviolet (UV), blåt lys), elektroner (elektron-stråle) eller elektrisk felt. Kravene til de højeffektive fosfor er: 1) høj konversionen effektivitet med de forskellige excitationskilder; 2) god stabilitet med lav termisk afkølende; 3) høj farve renhed med fuld farve-reproducerbarhed. Dog kan kun et meget begrænset antal af fosfor i øjeblikket opfylder disse minimumskrav. Øjeblikket anvendes oxid-baserede phosphorer har lav absorption i det synlige lys spektrum, mens sulfid-baserede dem har lav kemiske og termiske stabiliteter. Desuden viser de nedbrydning under elektroner eller omgivende atmosfære, hvilket begrænser enhedens levetid. Siden deres farve renhed og effektivitet er begrænset, det gør dem vanskelige at anvendes til realiseringen af høj farvegengivelsesindeks (CRI) luminescerende enheder. Derfor er udforskning af nye fosfor påkrævet.
Sjældne jordarters doteret nitrid og oxynitrid (Sialon) fosfor betragtes som gode kandidater med enestående termisk og kemisk stabilitet baseret på deres stabile kemisk binding strukturer. Stokes skift bliver mindre med et stærkt lattice og det fører til en høj virkningsgrad og en lille termisk quenching af fosfor 6-9. Generelt er luminescensen af divalente sjældne jordarters ioner, såsom Eu 2+ eller Yb 2+, og Ce 3+ tilskrives 5d-4f elektroniske overgange, og består af et bredt bånd med topposition varierende med værten gitter grund til den stærke vekselvirkning mellem 5d orbitaler og krystal felt. På grund af deres egenskaber, er bølgelængden-afstemmelige luminescens opnået ved at ændre den kemiske natur af sjældne jordarters ioner og deres koncentration i værtsgitteret (fig. 1). Således kan Sialon fosfor bruges til at realisere høj CRI hvid-LED bruger blå-grøn-rød fosfor og applikationer i UV-FEDs.
Selvom Sialon fosfor er lovende materialer, en masse arbejde såsom at finde nye strukturer og reducere produktioner omkostningerne er stadig behov. Som følge af vanskelighederne med hensyn til optimering af syndensgistrering betingelser, Sialon fosfor indeholder ofte sekundære faser 18-20. Undersøgelse af sådanne lokaliserede strukturer er vigtigt at forstå sintringen mekanisme og optimere sintringsbetingelser, og således forbedre de optiske egenskaber af Sialon phosphorer. Disse mål kan opnås ved lavenergi cathodoluminescence (CL) teknik.
CL er et fænomen, hvor elektroner bestråler på et luminescerende materiale forårsage emission af fotoner. I modsætning til fotoluminescens (PL), som induceres af foton excitation, excitation området er normalt i størrelsesordenen millimeter og selektive excitationer forbedre bestemte emissionsprocesser, elektron-exciterer i nanometerskala og aktiverer alle luminescens mekanismer i materialet tilstedeværende , som kan tillade påvisning af forskellige faser med forskellige luminescensegenskaber 10-12. Derudover kan de indfaldende elektroner generere ikke kun CL signalmen også forskellige signaler, såsom reflekteret elektron, Auger eller X-ray, som giver forskellige oplysninger om materialerne. Således kan også opnås den strukturelle, kemiske eller elektriske egenskaber. Kombinationen af disse teknikker med CL resulterer i en bedre forståelse af oprindelsen af de lokaliserede strukturer af Sialon fosfor 14-20.
CL undersøgelser kan udføres ved hjælp af forskellige typer af elektron-beam kilder 13. Dag, scanningselektronmikroskop (SEM) er den mest almindelige system til at udføre CL målinger. I det følgende vil vi først og fremmest for at drøfte dette system. Som det ses i fig. 2 er CL målinger udført ved anvendelse af en elektronkilde (SEM), en lysopfanger (optisk fiber og monokromator) og et detektionssystem. Påvisning system består af en ladningskoblet indretning (CCD) og et fotomultiplikatorrør (PMT), som er til parallel-detekteringstilstand og seriel-detekteringstilstand hhv.Generelt er det opsamlede lys fra prøven justeres ved slidsen og derefter dispergeret ved monokromator rist. Når de indsamlede lyset af prøven spredes til CCD (parallel-afsløring tilstand), er hver emission bølgelængde samtidigt opdaget. Når en bestemt bølgelængde af den dispergerede lys udvælges af en spalte (seriel-detekteringstilstand), er dens intensitet registreres af PMT til dannelse monokromatiske billeder.
I dette papir, vi først og fremmest fremhæve brugen af en lav energi CL til karakterisering af de Sialon fosfor, repræsentativt, Si-doteret AlN 14, 22, Ca-doteret (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) ( N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) 15, Si / Eu-doteret AlN 16, 17 og Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N materialer. Tværsnit polering fremgangsmåde under anvendelse af en argon-ion beam (CP metoden) er en nyttig metode til at observere lagdelte strukturer, på grund af dets bredere polering område med mindre overflade skader. Deter blevet udført for en undersøgelse af en lokal struktur af phosphorer. Korrelationen af CL med andre elektron-baserede teknikker og undersøgelse af luminescens stabilitet vil også blive vist.
Protocol
1. prøver
- Fosfor syntese
- Design produktet, fastlægge de udgangsmaterialer og deres vægte baseret på de forventede kemiske reaktioner. Netop vægte de rå udgangspunkter pulvere 14-20.
- Knus og bland dem i en agat morter med hånden. Afhængigt af kvaliteten af de rå pulvere, blandes i 15-30 min for at få en blanding så ensartet som muligt. Pak pulver blandingen i en bornitrid smeltedigel.
BEMÆRK: Udfør trin 1.1.1-1.1.2 i en handskekasse under inert gas, med koncentrationen meget lav oxygen som det endelige produkt eller de rå pulvere er ustabile i luften. - Brand pulverblandingen i en gas-tryk sintringsovn med en grafit varmelegeme. Opvarm prøverne ved en konstant opvarmningshastighed. Indfører i kammeret den forudbestemte nitrogengas (99,999% renhed), og samtidig oprejse temperaturen til den ønskede værdi.
BEMÆRK: Hold de samme betingelser for varighed SINTE ring. Opvarmning temperatur og varighed er forskellige afhængigt af de materialer, 14-20. - Efter brændingen, slukke for strømmen, og lad prøverne køle ned inde i ovnen. Knus godt de sintrede pulvere i en agat morter med hånden, indtil få fine partikler.
- Tværsnit
- Bland 150 mg phosphorer med 300 mg harpiks og 30 mg hærder. Hæld i en silikone støbeform og bages ved 60 ° C i 30 minutter i vakuum til fordampning oxygen fra blandingen.
- Lagt i en siliciumform og bages igen ved 100 ° C i 60 minutter i luft at fremstille et pulver indlejret chip. Under opvarmningen er de fleste af pulvere deponeret ved bunden på grund af høj materiale densitet.
- Polere facet af undersiden af chip ved hjælp af handy-lap og Ar-ion tværsnit polermaskine med henblik på at frembringe en spejloverflade. Højere mængde af støbte pulvere tillader bedre observation af den indre struktur af pulvere.
- Prøve og opsætning forberedelse
BEMÆRK: Som CL er en kontaktløs teknik, er der ingen særlige krav til selve målingen. Fremstillingen vil afhænge af de måletekniske mål. Således for kvantitative målinger, kan det foretrækkes at sætte en stor mængde af pulvere på carbon tape, eller lavet en film. For kvalitative målinger, kan undersøgelse af isolerede partikler blive begunstiget ved at sætte en lille mængde pulver på et carbonatom bånd, eller dispergere pulveret i ethanol og immerging én konventionel kobber mikro gitter for TEM i opløsningen.- Justere højden af prøven etape at bringe toppen af prøven med reference fase (12 mm).
- Sæt prøven fase ind i kammeret. Sæt ellipseformet spejl mellem elektronkanon og prøverne. Sørg for, at prøverne ikke rører det elliptiske spejlet for at forhindre forurening af spejlet eller bryde det.
- Fyld den køligeing reservoir af detektorerne med flydende N2. Tænd for detektoren. Vent indtil detektorerne temperatur stalde og starter CL målinger. Den ideelle temperatur for måling er 110 K. BEMÆRK: Temperaturen kan kontrolleres på softwaren.
- CL målinger
BEMÆRK: elektronstrålen betingelser, navnlig elektronstrålen energi og strålestrøm, udvælges. Disse betingelser bør vælges i funktion af den forventede luminescens intensitet af prøverne, den observerede opladning, luminescens nedbrydning og interesser i dybden analyse.- Placer elektron-beam, hvor du ønsker at tage SEM og / eller CL spektrum. Fokuser billedet for at få det defineret form og korrekt astigmatisme at få et klart og skarpt billede. Juster fase højde og arbejder afstand. Ret bygningsfejl ved at bruge x, y stigmators på det forstørrede billede. Start softwaren til CL erhvervelse.
- Optimer spejlet position ogprøve højde for at få den stærkeste intensitet for CL spektre. For at udføre det, skal du klikke på "tidstro måling" og vælg "kontinuerlig tilstand" på softwaren. Indstil spejlet i monochromator som "forsiden" for at sende den spredte lys til CCD og tage den hurtige CL spektre. ændres langsomt spejlet position og prøven højden samtidig holde SE billedet fokuseret og øge CL intensitet.
- For CL spektre af et stort område, skal du klikke på "real-time måling" ikonet og vælg "one-shot" på softwaren. Konfigurer lys afsløring systemet for at sende det udsendte lys til CCD. Afhængigt af prøven, vælge risten, spaltebredde og måling indsamlingen tid for at få den mest hensigtsmæssige intensitet / spektral opløsning.
- For CL monokromatisk billedbehandling, skal du klikke på "billede måling" ikonet og vælg "PMT detektor" på softwaren. Indstil spejlet i monochromator ens "bagsiden" for at sende den spredte lys til PMT detektoren, og sæt en slids. Afhængigt af prøven, skal du vælge opløsning, forstørrelse, ønskelig samling bølgelængde og tid. Frys billedet og sende det til softwaren.
- Til lokal CL-analyse, tage SE eller CL billede først. Klik på "måling" ikonet, vælg stand til at tage spektre på billedet. Konfigurer lys afsløring systemet for at sende det udsendte lys til CCD, og derefter tage CL spektre.
- For CL tid evolution, skal du klikke på "tid afhængighed måling" ikonet og vælg "CCD" på softwaren. Konfigurere lysdetektering systemet for at sende det udsendte lys til CCD-detektoren. Afhængigt af softwaren, skal du vælge antallet af spektre og tiden mellem 2 målinger, for eksempel 360 spektre hver 10 sek.
Representative Results
Luminescensen distribueres ikke kun sideværts, men også i dybden. Sådan kerne-overflade fordeling observeres med CL ved at ændre elektron energi, idet det varierer indtrængningsdybde de indfaldende elektroner 21. Men indtrængningsdybde varierer for hvert materiale og korrespondancen mellem elektron energi og indtrængningsdybde ikke er lineær, og kan indføre nogle ekstra effekter, såsom reabsorption af højere energi foton fra de dybere områder af selve materialet. Således kan det foretrækkes at observere direkte kernen-overfladen distribution via tværsnit observation. I tilfælde af phosphorescerende pulvere, kan denne observation opnås ved at fange partiklerne i en harpiks og polering pulver-harpiks komposit ved tværsnit poler, for eksempel. Da partiklerne er tilfældigt fordelt i harpiksen, skæreretningen er ikke styrbar. Men den store mængde af partikler etllows skære nok partikler for at foretage en sådan analyse gyldig.
For at illustrere dette punkt har vi undersøgt luminescens fordeling af Si-doteret AIN pulver. Figur 5a viser CL spektre af AlN pulvere doteret med 0,0% og 1,6% af Si. Emissionen af ikke-doteret AlN består af 2 bånd ved 350 og 380 nm, medens den af AlN doteret med 1,6% af et bånd ved 350 nm med en klar skulder ved 280 nm. 350 og 380 nm bånd er tilskrevet Al ledig-oxygen-komplekser (O N -V Al), medens skulderen ved 280 nm med O-oprenset AlN påvirket af Si til dannelse SiO damp 22. Figur 5b og 5c viser CL billeder taget ved 280 nm for as-sintrede og tværsnit AlN pulvere doteret med 1,6% af Si, hhv. Den 280 nm emission er uensartet langs partiklerne fra CL billede af as-sintrede prøve, de lysere områder synes at være på kanten af partikler, men morfologier partiklernes og deres fordeling kan foretage sådanne observationer ikke så indlysende. Men fra CL billede af tværsnit prøve fremgår det klart, at 280 nm emission hovedsagelig er lokaliseret på overfladerne af partiklerne, hvilket antyder, at AlN-partikler faktisk er overtrukket med en Si-rige lag og overfladen oprensning kan fortsætte.
Lokale sammensætning ændringer i Sialon fosfor kan drastisk påvirke luminescens egenskaber. Således kan den samme sjældne jordarters ion i forskellige host-gitre eller i forskellige steder giver forskellige emissioner 15,18-20. Men desværre, lokale forskelle under sintringen, såsom en fordeling af temperaturen eller råvarer andel, eller den delvise oxidation af overfladen af partiklerne, forventes, hvilket resulterer i ændringer i sammensætningen langs partiklerne og / eller i sameksistensen af flere faser. Sådanne virkninger er måske ikke direkte observeres med strukturelle og kemiske karakteriseringsteknikker. Således er det vigtigt at undersøge den lokale luminescensegenskaber af en fosfor. Med præcis styring af størrelsen og positionen af elektron-stråle i et SEM, er det muligt ikke blot at erhverve en CL spektrum fra nanoskala region, men også for at opnå høj opløsning CL billeder af luminescens centre.
(La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (N 10 z O z) (z ~ 1) (JEM) er en intens blå fosfor som er egnet til almen belysning. Det har vist sig, at ved at erstatte (La, Ce) af Ca, opstår en rød forskydning og en udvidelse af CL toppe ifølge Ca-doping. Man troede, at Ca var påvirker krystal felt opdeling af Ce 3+. Men denne forklaring, kun baseret på luminescens spektre, er misvisende, som afsløret af tværsnit lokal analyse. 15 Figur 6 viser cross-sectionale SE (CS-SE), kombinerede CS-CL billeder på 300 nm (rød), 430 nm (blå) og 540 nm (grøn) og lokal CL spektre taget ved 5 kV for JEM phosphorer doteret med 0 (a, b, c) og 0,69 (d, e, f) ved. % Ca hhv. Det skal blevet bemærket, at disse bølgelængder blev valgt for at reducere båndene overlapper i tilfælde af at flere bands findes. Til CS-CL billede af Ca-doteret prøve, JEM partikler består af mange partikler sammenklæbet med hinanden. Luminescensen ved 430 nm er næsten ensartet fordelt med nogle lysere område og nogle af lokaliserede område ved 300 nm. På den anden side, korngrænserne viser mørkere emission. Lokale CL-analyse afslører, at den spektrale form er relativt sammenlignelige i alle positioner, med en forskydning af de bands 430-450 nm og spektral intensitet i en god aftale med billederne. For CS-CL billede af Ca-dopede, er der betydelige forskelle mellem 430 og 540 nm. Submicron patches klart synes lysere ved 300 og 540 nm langs en stor portion af partiklerne med mørkere korngrænse- regioner, mens den 430 nm emission er lokaliseret i en anden del af partiklerne. Ved lokal analyse, CL spektrum taget på en 430 nm lyst område (punkt 3) består et bånd ved 440 nm, sammenlignelige på den ene observeret for Ca-doteret prøve. De lyse områder på 540 nm, indlejret i den samme partikel, (punkt 1 og 4) viser et bånd ved 480-490 nm. Små lyse områder på 300 nm (punkt 2) og mørke korn grænse region (punkt 5) viser et bånd ved 440 nm med skulder ved 480 nm, med lejlighedsvis ved emission ved 310 nm. Baseret på litteraturen og XRD analyse kan vi tilskrive bånd centreret ved omkring 430 nm til Ce 3+ i JEM 22 og at i 480 nm til Ce 3+ i α-SiAION 23. Jo mørkere brede emission stammer til Ce 3+ i β-SiAION, og at ved 310 nm til Sialon host materiale. Disse resultater beviser, at rødforskydning og udvidelse af CL toppe i henhold til Ca doping ikke kan tilskrivestil Ca-inducerede ændringer i krystallen felt opdeling af Ce 3+ som oprindeligt tænkt, men mere til sameksistensen af forskellige faser inde de samme partikler og den gradvise forvandling af β-SiAlON til a-SiAlON med Ca doping.
Selv observation af de forskellige emissioner centre og deres fordeling er mulig ved hjælp af lavenergi CL, kan det ikke være nok til fuldt ud at forstå karakteren af de luminescens centre. I sådanne tilfælde er det nødvendigt at kombinere CL målinger med andre teknikker. Da de indfaldende elektroner kan generere andre signaler ved siden CL, er det muligt direkte at korrelere lysemissionen med elektriske, kemiske eller strukturelle egenskaber ved at undersøge det samme område med de forskellige elektron-beam teknikker. Således har korrelationen mellem CL med høj opløsning TEM (HRTEM) og EBIC blevet anvendt til at karakterisere defekter, såsom forskydninger eller stabling fejl. Som forvariationen af koncentrationen / præparat, kan kombinationen af CL med TEM, EDS eller Auger spektroskopi resultere i en bedre forståelse af oprindelsen af luminescens.
Her har vi illustrere dette aspekt ved at undersøge emission af Si-doteret AIN pulver. Figur 7 viser CS-CL og CS-EDS-billeder (a, b) og lokalt spektre (c, d), AlN partikel doteret med 4,0% Si doping. CS-CL billede blev taget ved 350 nm, mens CS-EDS billede består af superposition af Si og Al distribution. CS-CL billede viser mørkere aflang struktur i centrum af partiklerne. Lokale CL spektre taget i den lyse region består af en stærk top ved 350 nm med skuldre ved 280, 380, og 460 nm. Der er imidlertid tydelige ændringer i forholdet mellem disse forskellige bånd med positionen. Områder, der viser en lysere emission ved 350 nm (punkt 1) viser en højere 280 nm emission og mindre 460 nm emission i forhold til main bånd ved 350 nm, mens mørkere aflange patch (punkt 2) viser en mindre 280 nm emission og højere 460 nm emission sammenlignet med de vigtigste bånd ved 350 nm. 460 nm stammer fra Si-imødekommende defekter i AlN 24. EDS billeder og lokale spektre viser, at mørkere aflange område viser en mindre Al og højere Si sammensætning sammenlignet med resten af partiklerne. Sammenlignet med de observerede i figur 5 resultater, kan vi antage, at ved at øge mængden af Si i AlN, forekommer en sekundær reaktion mellem Si og AlN, som inducerer dannelsen af SiAION faser.
De to vigtige parametre for et materiale, der anvendes i anordninger er materialer med høj ydelse og stabilitet under stress. Faktisk vil en nedbrydning af materialeegenskaber under stress reducere dens levetid, hvilket ikke er industrielt levedygtig. , Til elektron-stråle stimuleret enheder, såsom katodestrålerør (CRT) og FEDs Det er således nNØDVENDIGT at udvikle elektron-bestråling resistente phosphorer og / eller at forstå de elektron-stråle inducerede mekanismer for at forhindre eller mindske de virkninger. Luminescensen nedbrydning kan ske via forskellige mekanismer, såsom adsorption / desorption eller opladning på overflader, oprettelse eller aktivering af defekter mv 25-27. Selv om disse intensitet variationer komplicere kvantitativ analyse af CL resultater, kan de anvendes til at undersøge levetid optoelektroniske anordninger.
For at illustrere dette punkt, har vi CL spektre og udviklingstendenser i to blå udsender fosfor, Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N og Si / Eu-doteret AlN. Figur 8a viser CL spektre for Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N og Si / Eu-doteret AlN efter 20 sek af bestråling på 5 kV. Begge prøver viser en intens blå emission: bandet position og intensitet for Ce-doteret La <sub> 5 Si 3 O 12 N er 456 nm og 3.270 cps henholdsvis, mens de for Si / Eu-codoped AlN er 466 nm og 3.100 cps. En priori, den væsentligste forskel mellem disse 2 prøver er bredden af emissionen, siden den emission for Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N er større på grund af sameksistensen af flere bands. Det ser således ud, at begge materialer er egnede som blå udsender fosfor for FEDs, og at vi er nødt til at overveje kriterier som fabrikation omkostninger, kompatibilitet med de andre fosfor eller stabiliteten af luminescens egenskaber under elektron-stråle bestråling, til at bestemme mest egnede. Figur 8b viser udviklingstendenser i CL intensiteten af Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N og Si / Eu-doteret AlN under elektron-stråle bestråling ved 5 kV. For Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N, falder intensiteten fra 3270 til 450 cps i 5 min og til 95 cps i 60 min. Nemlig under 3.600 sekaf 5-kV bestråling aftager intensiteten mere end 95% af den oprindelige intensitet. For Si / Eu-doped AlN, formindsker intensiteten 3.100 til 2.500 cps i 60 min, nemlig et fald på 20% af denne oprindelige intensitet. Disse resultater viser tydeligt, at Si / Eu-doteret AlN er meget bedre kandidat end Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N er på grund af sin højere stabilitet.
Figur 1: Luminescens af sjældne jordarters doped SiAlON phosphorer Billeder af forskellige phosphorer under synlig (a) og ultraviolet (b) lys.. (C) Normalized CL spektre af Eu 2+ i forskellige vært gitre. Klik her for at se en større version af dette tal.
side = "1"> 
Figur 2: Opsætning af CL (a) fotografi af SEM med CL-system, med indsatte et fotografi af det elliptiske spejl.. (B) Skematisk billede af lys detection system. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Udarbejdelse af SIALON fosfor (a) Bestemmelse af udgangspunkterne pulvere, vægt og sintring betingelser. (B) blanding af de rå pulvere; (C) Sintring af pulverblandingen; (D) Sintrede pulvere før og efter knusning.target = "_ blank"> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4:. Tværsnit præparat (a) blanding af pulverne med harpiks og hærder, og afdampning luft i blandingen. (B) hælde i en siliciumform og opvarmning. (C) Polering af chips ved handy-lap og Ar-ion tværsnit poler. (D) Måling tværsnitsareal poleret område. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5:. Kerne-shell distribution i Si-doteret AlN (a) CL spektre af AlN pulvere doteret med 1,6% af Si ved 5 kV. (B - c) CL billeder taget ved 5 kV og 280 nm for as-sintrede (b) og cross-delt (c) AlN pulvere doteret med 1,6% af Si, henholdsvis. Klik her for at se en større version af dette tal .
Figur 6:. Lokalt analyse af Ca-doped JEM fosfor CS-SE, kombinerede CS-CL billeder på 300 nm (rød), 430 nm (blå) og 540 nm (grøn) og lokal CL spektre taget ved 5 kV for JEM phosphorer doteret med 0 (a, b, c) og 0,69 (d, e, f) ved. % Ca hhv.ig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7:.. CL og EDS sammenligning af Si-doterede AlN CS-CL og CS-EDS-billeder (a, c) og lokal spektre (b, d) af AlN partikel doteret med 4,0% Si doping Klik her for et større version af denne figur.
Figur 8:. Luminescence stabilitet to blå fosfor (a) CL spektre af Ce-doteret La 5 Si 3 O 12 N og Si / Eu-doteret AlN efter 20 sek af bestråling på 5 kV. (b 5 Si 3 O 12 N og Si / Eu-doteret AlN under elektron-stråle bestråling ved 5 kV. Klik her for at se en større version af dette tal.
Discussion
Gennem disse repræsentative eksempler på lavenergi-CL karakterisering på Sialon fosfor, har vi vist, hvordan magtfulde og hurtig teknik til fosfor undersøgelse kan være. Ved at måle den lokale CL målinger og kortlægning, drage fordel af fleksibiliteten i udarbejdelsen prøve og kombinere CL med andre teknikker, kan vi tilskrive mere præcist oprindelsen af luminescens, klarlægge de mekanismer vækst og fastlægge de mest egnede fosfor til applikationer. Disse resultater er hovedsagelig opnåelige på grund af de forbedringer af elektronmikroskoper og lysdetektorer, som forøger målingen indsamling tid, følsomhed og rumlige opløsning.
Både Sialon fosfor og CL felter er ikke naturligt begrænset til de aspekter, der præsenteres i dette dokument. I det følgende, for at udvide diskussionen, skal vi diskutere lidt mere om dem hver for sig.
I tilfælde of Sialon fosfor, med deres overlegne luminescens og stabilitetsegenskaber, de bliver mere og mere vant til belysning. Men de også vise meget interessant mekaniske, termiske, magnetiske, superledning, elektriske, elektroniske og optiske egenskaber, der kan indstilles ved at ændre deres sammensætning. Således er de også findes i en bred vifte af applikationer såsom antirefleksionsovertræk, sol absorbere, varme spejle, farvede pigmenter, synligt lys-drevne fotokatalysatorer, gennemsigtige vinduer og armors, eller fluorescerende prober til bio-medicinsk billeddannelse 29. Vi kan forudse, at de kommer til at spille afgørende roller i mange energi- og miljørelaterede aspekter, såsom effektivt høste solenergi, realisere brintøkonomien, reducere de miljømæssige forureninger, sparer de naturlige ressourcer, etc. Men en masse arbejde er stadig forpligtet til at fortsætte med at forbedre deres egenskaber og samtidig reducere deres produktionsomkostninger, såsom decreAsing sintringstemperaturen eller begrænse brugen af sjældne jordarters ioner. Det kan opnås ved at finde nye Sialon fosfor, og afklaring af rolle sammensætning og vækstbetingelser på ejendommene. Vi har set, at CL kan spille en vigtig rolle for at nå disse mål. Men har de seneste nye tilgange også afsløret meget lovende muligheder. To af disse fremgangsmåder er time-of-flight sekundær ion massespektrometri (TOF-SIMS) og enkeltstrenget partikel diagnose. TOF-SIMS er i stand til rumligt løse hele massespektret med høj følsomhed, som muliggør ikke kun detektion af arter på spor-niveau, men også forskellene i oxidationstrin 31. Den fælles-partikel diagnose består i behandlingen af en individuel luminescerende partikel i en kompleks blanding som en lille enkelt krystal, og til at undersøge de optiske og strukturelle egenskaber ved hjælp af super-opløsning enkelt-krystal røntgendiffraktion og enkelt-partikel fluorescens 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).
