Summary
(옥시) 질화물 형광체의 우수한 화학 발광 안정성은 현재 황화물과 산화물 형광체를 사용하는 유망한 대안으로 제시한다. 본 논문에서는 낮은 에너지 음극선 발광 (CL)을 사용하여 로컬 발광 특성을 조사하는 방법을 제시한다.
Abstract
질화물 및 산화 질화물 (알론) 형광체는 자외선 및 가시 배출 응용 프로그램에 대한 좋은 후보입니다. 고성능, 우수한 안정성 및 방출 특성의 유연성은 그들의 조성 및 도핑을 제어함으로써 달성 될 수있다. 그러나, 많은 작업은 여전히 그 특성을 개선 할 수 있으며 제조 비용을 절감 할 필요가있다. 가능한 방법은 성장 파라미터를 최적화하는 신규 한 형광체를 찾기 위해 로컬 구조적, 화학적 환경과 알론 입자의 발광 특성을 상관시키는 것이다. 이러한 목적을 위해, 저전압 음극선 발광 (CL) 현미경은 강력한 기술이다. 여기 원으로서 전자의 사용은 직접 다른 전자 기반의 기술과 CL 결과를 비교 공간적 깊이 그들의 발광 분포를 드러내는 발광 중심의 대부분을 검출 세인트에서 그들의 발광 특성의 안정성을 조사 허용RESS. 형광체의 특성에 대한 이러한 장점은 낮은 에너지 CL에 의해 여러 알론 형광체에 조사의 예를 통해 강조 표시됩니다.
Introduction
최근에 점점 더 많은 관심을 환경 문제, 특히 에너지 생산과 소비에 전념. 이들 사회의 요구에 답하기 위해, 에너지 생산 전통적인 소스로부터의 에너지 소비를 감소 시키거나 새로운 환경 친화적 인 물질을 개발, 즉 "친화적"이어야한다. 발광 다이오드 (LED) 및 전계 방출 디스플레이 (전계 방출)은 그들의 소형화, 수은 가스 방전 형광등이나 플라즈마 디스플레이 1-5 실제 디스플레이에 비하여 향상된 성능 및 전력 소모에 상당한 관심을 가지고있다. LED 및 FED의 광원을위한 핵심 요소는 고효율 형광체이다. 희토류 도핑 된 형광체의 광자 여기 (자외선 (UV), 청색 광), 전자 (전자선) 또는 전계에 따라 광을 방출 할 수있는 호스트 격자 희토류 도펀트로 이루어진 무기 물질이다. 높은 효율적인 형광체에 대한 요구 사항은 다음과 같습니다 1) 높은 Conver 유럽다른 여기 소스와 시온의 효율성; 낮은 열 담금질 2) 좋은 안정성; 전체 색 재현성 3) 높은 색순도. 그러나, 형광체의 수가 매우 제한은 현재 이러한 최소 요구 사항을 충족 할 수있다. 황화물 계 것들 낮은 화학적 및 열적 안정성을 가지고있는 동안 현재 사용되는 산화물 계 형광체는 가시광 스펙트럼에서 낮은 흡수를 갖는다. 또한, 이들은 전자 또는 소자 수명을 제한하는 대기 분위기 하에서 열화를 나타낸다. 그 색순도 및 효율을 한정하기 때문에, 높은 연색성 지수 (CRI), 발광 장치의 실현에 사용되는 이들 어렵게 만든다. 따라서, 새로운 형광체의 탐사가 필요합니다.
희토류 도핑 질화물 및 산화 질화물은 (알론) 형광체들은 안정적인 화학적 결합 구조를 기반으로 뛰어난 열 및 화학적 안정성과 좋은 후보로 간주됩니다. 스톡스 시프트 강한 라 작아진다ttice는 그것을 높은 변환 효율 및 형광체 6-9의 작은 열 담금질을 이끈다. 일반적으로, Eu를 2+ YB 2+, 및 Ce로 3+ 같은 가의 희토류 이온의 발광 피크 위치 인해 호스트 격자 변화하여 광대역의 5D-4F 전자 천이에 기인 한 구성되어있다 도 5d 궤도 상기 결정 장 사이의 강한 상호 작용에 관한 것이다. 그들의 특성, 파장 가변 발광 호스트 격자 (도이. 1)에서 화학 희토류 이온의 성질 및 그 농도를 변화시킴으로써 얻어진다. 따라서, 사이 알론 형광체는 백색 LED 나 FED에서 UV-청록 적색 형광체 체제 및 응용 프로그램을 사용하여 높은 CRI를 실현하기 위해 사용될 수있다.
알론 형광체 유망한 재료 등 새로운 구조를 발견하고 제작 비용을 감소시키는 등의 작업이 많이 있지만 여전히 요구된다. 죄의 최적화 측면에서 어려움 또한, 때문에에 들어가기 조건은 알론 형광체는 종종 차 단계 18 ~ 20이 포함되어 있습니다. 지역화 구조 조사 소결 메커니즘을 이해하고, 소성 조건을 최적화하며, 그래서 알론 형광체의 광학 특성을 개선하는 것이 중요하다. 이러한 목적은 낮은 에너지 음극선 발광 (CL) 기술에 의해 달성 될 수있다.
CL은 발광 재료에 전자를 조사 광자의 방출을 야기하는 현상이다. 광자 자극에 의해 유발되는 광 발광 (PL), 반대로, 여기 영역은 나노 미터 크기의 특정 배출 공정 전자빔 자극을 향상 mm 선택적 음원 정보의 순서로 일반적으로 상기 물질에 존재하는 모든 발광 메커니즘을 활성화 상이한 발광 특성 10-12와 상이한 위상을 검출 할 수있다. 또한, 입사 전자뿐만 아니라 CL 신호를 생성 할 수있다그러나 재료에 다른 정보를 제공하는 등의 반사 전자, 오거 또는 X 선 등의 다양한 신호. 따라서, 구조적, 화학적 또는 전기적 특성을 얻을 수있다. 사이 알론 형광체 (14-20)의 국부적 인 구조의 원점에 대한 이해의 CL 결과와 이러한 기술들의 조합을 포함한다.
CL 조사 전자빔 원 (13)의 종류에 의해 수행 될 수있다. 요즘, 주사 전자 현미경 (SEM)은 CL 측정을 수행하는 가장 일반적인 방식이다. 다음에, 우리는 주로이 시스템을 논의 할 예정입니다. 도에서 볼 수 있듯이. 도 2를 참조하면, CL 측정은 전자 원 (SEM), 광 수집기 (광섬유 단색화) 및 검출 시스템을 사용하여 수행된다. 검출 시스템은 각각 병렬 감지 모드와 직렬 검출 모드를위한 전하 결합 소자 (CCD) 및 광전자 증 배관 (PMT)로 구성된다.일반적으로, 샘플로부터 수집 된 광은 슬릿에 의해 조정 된 후, 단색화 격자에 의해 분산. 시료의 채취 광이 CCD (병렬 감지 모드)에 분산되는 경우, 각 발광 파장이 동시에 검출된다. 분산 된 특정 파장의 광이 슬릿 (직렬 검색 모드)가 선택된 경우, 그 강도는 단색 화상을 형성하기 위해 PMT에 의해 기록된다.
본 논문에서는 주로 알론 형광체의 특성에 대한 낮은 에너지 CL의 사용을 강조, 대표적으로, AlN을 14, 22, 칼슘 도핑 (라, 세륨) 알 (시 6-Z 알 Z) (Si를 도핑 N 10-Z의 O z를) (Z ~ 1) (JEM) 15시 / AlN을 16, 17 Eu를 도핑 라 5시 (3) O (12) N 자료를 세륨 도핑. 아르곤 이온 빔 (CP 법)하여 단면 연마 방법 적은 표면 손상과의 넓은 영역의 연마에 의한 적층 구조를 관찰 할 수있는 유용한 방법이다. 이것형광체의 국소 구조의 조사를 수행하고있다. 다른 전자 기반의 기술 및 발광 안정성 수사 CL의 상관도 설명한다.
Protocol
1. 샘플
- 형광체 합성
- 기대되는 화학 반응에 기초하여 상기 출발 물질 및 가중치를 결정하는 제품을 설계한다. 정확하게 원시 시작 분말 14-20 체중.
- 크러시 손으로 마노 박격포를 섞는다. 원료 분말의 품질에 따라, 가능한 한 균일 한 혼합을 얻기 위해 15 ~ 30 분 동안 혼합한다. 질화 붕소 도가니에 분말 혼합물 팩.
주 : 최종 제품 또는 원료 분말과 같은 매우 낮은 산소 농도를 갖는 불활성 가스 하에서 글러브 박스에 1.1.1-1.1.2 단계를 수행 공중에서 불안정하다. - 흑연 히터 가스 가압 소결로에 분말 혼합물을 불. 일정한 가열 속도로 샘플을 가열한다. 상기 챔버에 소정의 질소 가스 (99.999 % 순도)를 도입 함과 동시에 온도를 소정의 값으로 세워.
주 : sinte의 기간 동안 동일한 조건을 유지 반지. 가열 온도 및 기간은 재료 (14-20)에 따라 다르다. - 발사 후, 전원을 차단하고, 샘플을 노 내부에 냉각 할 수 있습니다. 미세 입자를 얻기까지 손으로 잘 마노의 박격포 소결 분말을 분쇄.
- 교차 구역
- 수지의 300 mg의 주제와 경화제의 30 mg을 가진 형광체의 150 mg의 혼합. 실리콘 몰드에 붓고 혼합물로부터 산소를 증발 진공을 30 분 동안 60 ° C에서 굽는다.
- 분말 내장 칩을 제조하는 공기에 60 분 동안 100 ℃에서 다시 실리콘 몰드에 넣고 구운. 가열시, 분말은 대부분 높아 재료 밀도 바닥에 증착된다.
- 미러 표면을 생성하기 위해 유용 랩 및 아르곤 이온 단면 연마기에 의한 칩의 하측의면을 연마. 몰딩 분말의 높은 양이 분말의 내부 구조를보다 잘 관찰 할 수있다.
- 샘플 및 설정 준비
주 : CL은 비접촉 방법이기 때문에, 측정 자체에 대한 특별한 요건은 없다. 제조는 측정 목적에 따라 달라질 것이다. 이와 같이, 정량적 측정을 위해, 탄소 테이프에 분말을 다량으로 넣어 바람직 또는 필름을 제조 할 수있다. 질적 측정을 위해, 고립 된 입자의 조사 용액에 TEM에 대한 탄소 테이프에 분말의 작은 금액을 넣어, 또는 분산 분말을 에탄올에 하나 기존의 구리 마이크로 그리드를 immerging에 의해 선호 할 수있다.- 기준 스테이지 (12mm)를 이용하여 시료의 상단을 정렬 할 시료 스테이지의 높이를 조정한다.
- 챔버로 샘플 단계를 삽입합니다. 전자총과 샘플 사이의 타원 거울을 삽입합니다. 샘플이 거울을 오염하거나 파괴 방지하기 위해 타원형 거울 닿지 않는지 확인하십시오.
- 시원한 채우기액체 N 2 검출기의 저장을 보내고. 검출기를 켭니다. CL 측정을 시작합니다 검출기 온도 마구간 때까지 기다립니다. 측정을위한 이상적인 온도는 110 K. 참고 인 : 온도는 소프트웨어를 확인할 수 있습니다.
- CL 측정
주 : 전자선 조건, 전자 빔 에너지 및 빔 전류 특히 선택된다. 이러한 조건은 시료의 기대 발광 강도, 관찰 충전 발광 열화 깊이 분석에 관심 함수에서 선택되어야한다.- 당신이 SEM 및 / 또는 CL 스펙트럼을하고자하는 전자 빔을 놓습니다. 명확하고 선명한 이미지를 얻기 위해 정의 된 모양과 정확한 난시를 가지고하기 위해 이미지에 초점을 맞 춥니 다. 단계 높이와 작업 거리를 조정합니다. 확대 된 이미지를, Y stigmators을 X를 사용하여 비 점수차를 수정합니다. CL 획득을위한 소프트웨어를 시작합니다.
- 미러 위치와 최적화샘플 높이가 CL 스펙트럼에 대한 강한 강도를 얻을 수 있습니다. 이를 수행하려면 "실시간 측정"을 클릭하고 소프트웨어의 "연속 모드"를 선택합니다. "앞면"는 CCD에 분산 된 빛을 보내고 빠른 CL 스펙트럼을하기로 단색에 미러를 설정합니다. 남동쪽 이미지가 초점을 유지하고, CL의 강도를 증가시키면서 천천히 미러 위치 및 샘플 높이를 변경.
- 넓은 지역의 CL 스펙트럼은 "실시간 측정"아이콘을 클릭하고 소프트웨어의 "하나의 촬영 모드"를 선택합니다. 는 CCD에 출사 된 광을 전송하기 위해 상기 광 검출 시스템을 구성. 시료에 따라 최적의 강도 / 스펙트럼 해상도를 얻기 위하여, 격자, 슬릿 폭 측정 수집 시간을 선택한다.
- CL 단색 영상은 "화상 측정"아이콘을 클릭하고 소프트웨어의 "PMT 검출기"를 선택합니다. 단색화 A의 미러 세트의 "뒷면"는 PMT 검출기에 분산 된 빛을 전송하고 슬릿을 삽입합니다. 샘플에 따라 해상도, 확대, 바람직 수집 파장와 시간을 선택합니다. 이미지를 고정하고 소프트웨어로 보냅니다.
- 지역 CL 분석을 위해 먼저 SE 또는 CL 이미지를 촬영합니다. 은 "측정"아이콘을 클릭하면 이미지에 스펙트럼을 수행 할 위치를 선택합니다. 는 CCD에 출사 된 광을 전송하기 위해 상기 광 검출 계를 구성하고 CL 스펙트럼을 가지고.
- CL 시간 진화은 "시간 의존성 측정"아이콘을 클릭하고 소프트웨어의 "CCD"를 선택합니다. 이 CCD 검출기로 방출 된 광을 전송하기 위해 상기 광 검출 시스템을 구성. 소프트웨어에 따라, 예를 들면, 360 매 10 초 스펙트럼을 스펙트럼과 두 측정 사이의 시간의 수를 선택한다.
Representative Results
발광뿐만 아니라 측면뿐만 아니라 심층 배포됩니다. 그것은 입사 전자 (21)의 침투 깊이를 변화 때문에 이러한 코어 표면 분포는 전자의 에너지를 변경함으로써, CL로 관찰된다. 그러나, 침투 깊이는 각각의 물질에 따라 다르며, 전자 에너지 관통 깊이의 대응 관계는 직선이 아니며, 이러한 재료 자체 깊은 영역에서 고 에너지 광자의 재 흡수와 같은 추가적인 효과를 초래할 수있다. 따라서, 직접적으로 단면 관찰을 통하여 코어의 표면 분포를 관찰하는 것이 바람직 할 수있다. 형광체 분말의 경우에, 이러한 관찰은, 예를 들면 단면 연마기에 의한 수지 폴란드어로 분말 수지 복합체 입자를 포착함으로써 달성 될 수있다. 입자가 무작위로 분산 된 수지로하고 있기 때문에, 절단 방향이 제어 가능하지 않다. 그러나, 입자의 높은 양은충분한 입자를 절단 llows는 분석이 유효 확인합니다.
이 점을 설명하기 위해 Si 도핑 된 AlN 분말의 발광 분포를 조사 하였다.도 5a는 0.0 %와 1.6 %의 Si 도핑 된 AlN 분말의 CL 스펙트럼을 나타낸 것이다. 의 AlN의 280 nm에서 명확한 어깨와 350 nm에서 밴드의 1.6 %로 도핑 동안 도핑의 AlN의 방출, 350에서 2 밴드와 380 나노 미터로 구성되어 있습니다. 350 및 380 nm의 밴드의 SiO 증기 (22)를 형성 할시의 영향을 O 정제 AlN을 280 nm에서의 어깨.도 5b 및 CL 표시 5c는 동시에 알 공공 산소 복합체 (O N -V 알)에 기인 같은 소결 및 280 nm에서 촬영 한 이미지를 각각의 Si 1.6 %로 도핑 된 AlN 분말을 크로스 - 단면. 280 nm의 방출 소결 된 샘플의 이미지로부터 CL 입자 따라 불균일, 밝은 부분은 파의 에지에있을 것ticles하지만, 입자의 모폴로지 및 그 분포는 관측 그렇게 분명하지 할 수있다. 그러나, 횡단 시료의 CL 화상으로부터, 280 nm의 발광은 주로 AlN으로 입자가 실제로 수행 할 수있는 실리콘 - 풍부 층의 표면 정제에 의해 피복되어 있음을 시사 입자의 표면에 국부적 인 것을 명확하게 나타난다.
알론 형광체의 지방 성분의 변화는 크게 발광 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서, 다른 호스트 격자 또는 다른 사이트에서 같은 희토류 이온은 다른 배출 15,18-20를 제공 할 수 있습니다. 그러나, 불행하게도, 이러한 온도 분포 또는 원료 비율 또는 입자 표면의 부분적인 산화와 소결 동안 로컬 차이가, 입자 및 / 또는 함께 조성물의 변화 결과 예상 여러 단계의 공존. 이러한 효과는 디하지 않을 수 있습니다구조 및 화학적 특성 분석 기술과 치구 관찰. 따라서, 형광체의 로컬 발광 특성을 조사하는 것이 중요하다. 주사 전자 현미경 (SEM)의 전자 빔의 크기 및 위치의 정확한 제어, 나노 영역으로부터 CL 스펙트럼을 획득 할뿐만 아니라 발광 센터 고해상도 CL 화상을 얻을뿐만 아니라, 가능하다.
(라, 세륨) 알 (시 6-Z 알 Z) (N 10-Z의 O z를) (Z ~ 1) (JEM) 일반 조명에 적합 강렬한 청색 형광체이다. 그것은 칼슘에 의해 (라, 세륨)를 대체하여, 적색 이동과 CL 피크의 폭이 넓어은 칼슘 도핑에 따라 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 칼슘 세륨 3+의 결정 장 분열에 영향을주는 것을 생각 하였다. 단면 로컬 분석에 의해 계시 단, 발광 스펙트럼에 기초하여,이 설명은 오해의 소지가있다. (15)도 6은 크로스 - 초 도시적인 SE (CS-SE), 0 도핑 JEM 형광체 5 kV로 찍은 300 nm의 (적색), 430 nm의 (파란색)과 540 nm의 (녹색) 및 지역 CL 스펙트럼에서 결합 CS-CL 이미지 (A, B, c) 및 0.69 (d, E, F)에서. 각각의 Ca %. 이들 여러 파장 대역이 존재하는 경우에는 중복되는 주파수 대역을 줄이기 위해 선택되었음을 주목 받고한다. CA-도핑 샘플 CS-CL 화상 들어 JEM 입자끼리 응집 된 많은 입자로 구성된다. 430 nm에서 발광이 거의 균일하게 몇 가지 밝은 영역 및 300 nm에서 국부적 인 영역의 일부와 함께 배포된다. 한편, 결정 입계는 어둡게 발광을 나타낸다. 지역 CL 분석은 스펙트럼 모양이 사진과 함께 좋은 계약 430 nm의 스펙트럼 강도 450에서 밴드의 변화와 함께, 어떤 위치에 상대적으로 비교 가능한 것을 알 수있다. 칼슘 도핑의 CS-CL 이미지의 경우, 430 및 540 nm의 사이에 상당한 차이가 있습니다. 서브 마이크론 패치는 분명히 큰 포를 따라 300 및 540 nm에서 밝게 표시430 nm의 방출은 입자의 다른 부분에 편재되는 동안 어두운 입계 영역으로 입자 rtion. 지역 분석함으로써, 430 nm의 밝은 영역 (점 3)에 촬영 CL 스펙트럼은 칼슘 - 도핑 샘플에 대한 관찰 일에 비교 440 nm에서 밴드를,로 구성되어 있습니다. 같은 입자에 포함 된 540 nm에서 밝은 영역, (점 1과 4) 480-490 nm에서 밴드를 보여줍니다. 300 나노 미터 (점 2)과 어두운 곡물 경계 지역 (지점 5)에서 작은 밝은 영역은 가끔 방출에서 310 nm에서와 480 nm에서 어깨와 440 nm에서 밴드를 보여줍니다. 문헌 및 XRD 분석을 바탕으로, 우리는 α-알론 (23)에 3 + 세륨에 480 nm에서 JEM 22 점에서 세륨 3+에 약 430 nm의 중심 밴드를 속성 수 있습니다. 어두운 넓은 방출 β-알론에 세륨 3+에 유래하고 310 nm에서 알론에 호스트 재료된다. 이러한 결과는 적색 편이 및 CA 도핑에 따른 CL 피크의 확장이 기인 할 수없는 것을 증명할세륨 3+의 결정 장 분열에서 칼슘 - 유도 변화에 당초 생각했지만 같은 입자 안에 여러 단계의 공존 및 CA로 도핑 α-SiAlON 등을하는 β-SiAlON 등의 점진적인 변화에 더.
상기 다른 발광 센터의 감시 및 그 분포는 저에너지 CL을 이용하여 가능하다, 완전히 발광 중심의 성격을 이해하기에 충분하지 않을 수도있다. 이러한 경우, 다른 방법으로 CL 측정치를 결합하는 것이 필요하다. 입사 전자 CL 옆에 다른 신호를 생성 할 수 있기 때문에, 직접 다른 전자빔 기술과 동일한 면적을 조사하여 전기적, 화학적, 구조적 특성을 가진 발광을 연관시킬 수있다. 따라서, 고해상도 TEM과 CL (HRTEM) EBIC과의 상관은 전위 또는 적층 결함과 같은 결함을 특성화하는데 사용되어왔다. 에 관해서는농도 / 조성물의 변화는, TEM, EDS 나 오제 분광법 CL의 조합은, 발광의 원점을 더 잘 이해 될 수있다.
여기서는 Si 도핑 된 AlN 분말의 발광을 조사하여이 부분을 도시한다.도 7을 표시하고 CS-CL 및 CS-EDS 화상 (a, b) 및 로컬 스펙트럼 (c는, d) 4.0 %의 Si 도핑 된 AlN 입자 도핑. 연사-EDS 이미지 Si 및 알 분포의 중첩으로 구성하면서 CS-CL 이미지는 350 nm에서 촬영했다. 연사-CL 화상은 입자의 중심에 어두운 긴 구조를 나타낸다. 밝은 영역에서 찍은 현지 CL 스펙트럼은 280, 380 어깨와 350 nm의, 460 nm에서 강한 피크로 구성되어 있습니다. 그러나, 위치와 서로 다른 밴드 사이의 비율에 분명한 변화가있다. 350 nm에서 발광을 나타내는 밝은 영역 (지점 1)은 m에 비해 높은 280 nm의 발광 작은 460 nm의 발광을 나타낸다350 nm에서 아인 밴드, 어두운 긴 패치 동안 (지점 2) 350 nm에서 주 대역에 비해 작은 280 nm의 방출과 높은 460 nm의 방출을 보여줍니다. 460 nm의는의 AlN (24)에 결함이시는-수용에서 유래한다. EDS 이미지와 로컬 스펙트럼 어두운 연장 면적이 입자의 나머지 부분에 비해 작은 Al 및 높은 실리콘 조성물을 보여주는 것을 알 수있다. 도 5에서 관찰 된 결과와 비교하면, 우리의 AlN으로 실리콘의 양을 증가시킴으로써 2 차 반응 알론 상 형성을 유도하는 Si 및 AlN을 사이에 발생하는 것으로 가정 할 수있다.
장치에 사용되는 재료에 대한 두 가지 중요한 매개 변수가 스트레스 재료 높은 성능과 안정성이다. 사실, 스트레스 재료 특성의 저하가 산업적으로 실행 가능한없는 수명을 줄일 수 있습니다. 따라서, 이러한 음극선 관 (브라운관) 및 전계 방출 디스플레이 (FED) 등의 전자선 자극 장치의 경우, n은전자빔 조사 내성 형광체의 개발 및 / 또는 예방하거나 효과를 감소시키기 위해 전자 빔을 유도하는 메커니즘을 이해하는 ecessary. 발광의 저하는 다른 메커니즘, 이러한 흡착 / 탈착 또는 표면 작성 또는 결함의 활성화 등 25-27에서 충전을 통해 발생할 수 있습니다. 이들 강도 변동은 CL 결과의 정량 분석을 복잡하게하지만, 이들은 광전자 소자의 수명을 조사하는데 사용될 수있다.
이 점을 설명하기 위해, 우리는 CL 스펙트럼과 두 개의 파란색 발광 형광체의 진화를, 세륨 도핑 라 5시 (3) O (12) N 및 Si / 유럽 도핑의 AlN.도 8a는 세륨 도핑 라 5시에 대한 CL 스펙트럼을 보여줍니다 (3) O (12)는 N 및 Si / 5 kV의에서 조사의 20 초 이후의 AlN을 EU-도핑. 두 샘플은 강렬한 푸른 방출을 보여 세륨 도핑 라 <의 밴드 위치와 강도를466 nm의 3,100 CPS있는시 / EU-codoped의 AlN에 대한 그 동안의 서브> 5시 3 O (12) N은 각각 456 nm의 3270 CPS이다. 세륨 도핑 라 5시 12 N 3 O에 대한 배출 여러 대역의 공존에 의한 크므 선험적 이러한 두 샘플들 사이의 주요 차이점은, 발광의 넓이이다. 따라서, 양 물질은 전계 방출 디스플레이 (FED) 용 청색 발광 형광체로서 적합하고, 우리는 제조 비용, 다른 형광체와의 상용 성 또는 전자빔 조사 하에서 발광 특성의 안정성 기준을 고려한다는 것을 상기를 결정하는 것으로 보인다 최적.도 8b는 5 kV로에서 전자빔 조사 중에 세륨 도핑 라 5시 12 N 3 O 및 Si / 유럽 도프 AlN으로 CL의 강도의 진화를 나타낸다. 라 5시 3 O 12 N을 세륨 도핑의 경우, 강도는 5 분에서 3270 450 CPS에서 60 분에서 95 CPS로 감소. 즉, 3,600 초에서5 kV의 조사 중, 강도가 초기 강도의 95 % 이상 감소한다. 시 / EU-AlN을 도핑 한 경우, 강도는 60 분에서 3,100 내지 2,500 cps의이 초기 강도의 20 %, 즉 감소를 감소시킨다. 이러한 결과는 명확시 / 유럽 도핑의 AlN (3) O (12) N은 높은 안정성 때문이다 세륨 도핑 라 5시보다 훨씬 더 나은 후보임을 보여줍니다.
그림 1 : 희토류 도핑 사이 알론 형광체의 발광 다른 형광체의 사진을 볼 수의 (a) 및 자외선 (b)는 조명 아래.. (다) 다른 호스트 격자에 Eu를 2+의 정규화 CL 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
페이지 = "1"> 
그림 2 : CL의 설치 주사 전자 현미경 CL과 시스템의 (a)에 사진, 삽입과 타원 거울의 사진.. (나) 빛 감지 시스템의 도식 이미지입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3 : 알론 형광체의 제조 출발 분말 중량 및 소결 조건 (a) 결정]. (b) 원료의 혼합 분말; (c) 상기 혼합 분말의 소결; (라) 전 분쇄 후 소결 분말.대상 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 4 :. 횡단면의 제조 (a) 혼합물의 수지 및 경화제 및 증발 공기와 분말의 혼합. 실리콘 몰드 가열에 붓는 (b). 핸디 랩과 아르곤 이온 단면 연마기에 의해 칩 (C) 연마. 단면 연마 영역을 측정 (D). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5 :. Si 도핑의 AlN의 코어 - 쉘 분포 (a) 된 AlN 분말의 CL 스펙트럼은 5 kV의 Si를 1.6 % 도핑. (나이 - 다). CL 이미지는 5 kV로와 (b) 및 Si의 1.6 %로 도핑 횡단 (다)의 AlN 분말, 각각 같은 소결 280 nm에서 찍은 여기를 클릭하십시오이 그림의 더 큰 버전을 보는 .
그림 6 :. 칼슘 도핑 된 JEM 형광체의 지역 분석 CS-SE는 300 nm의 (적색), 430 nm의 (파란색)과 540 nm의 (녹색) 및 지역 CL 스펙트럼에서 결합 CS-CL 이미지는 JEM 형광체 5 kV로 찍은 0 (A, B, C) 및 0.69 (d, E, F)에서 도핑. 각각의 Ca %.ig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7 :..시는 도핑 4.0 %로 도핑 된 AlN 입자의 Si 도프의 AlN CS-CL 및 CS-EDS 이미지 (A, C) 및 지역 스펙트럼 (B, D)의 CL과 EDS 비교 를 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.
그림 8 :. 두 개의 파란색 형광체의 발광 안정성 (가) 세륨 도핑 라 5시 (3) O (12) N과의 CL 스펙트럼시 / 5 kV의에서 조사의 20 초 이후의 AlN을 EU-도핑. (나 5시 (3) O (12) N 세륨 도핑 및 Si / 유럽 도핑의 AlN의 CL 강도) 에볼루션. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
알론 형광체에 낮은 에너지 CL 특성의이 대표적인 예를 통해, 우리는 형광체 조사를위한 강력하고 빠른 방법이 될 수있는 방법을 보여 주었다. , CL 측정 매핑 로컬 측정 시료 제제의 유연성을 활용하고, 다른 방법으로 CL을 조합함으로써,보다 정확하게 발광 기원 속성 성장 메커니즘을 명확히하고 애플리케이션에 가장 적합한 형광체를 결정할 수있다. 이러한 결과로 인해 측정 수집 시간, 감도 및 공간 해상도를 향상 전자 현미경의 향상과 광 감지기, 주로 달성된다.
알론 형광체 및 CL 필드는 모두 자연이 논문에서 제시 한 측면에 한정되지 않는다. 다음에서 논의를 확대하기 위해, 우리는 별도로 그들에 대해 조금 더 논의 할 것입니다.
경우 오에F 알론 형광체는, 우수한 발광과 안정성 속성, 그들은 더 많은 조명 애플리케이션을위한 더 많은 사용을하고 있습니다. 그러나, 이들은 또한 매우 흥미 기계적, 열적, 자기 적, 초전도 전기, 전자, 및 그 조성물을 변경하여 튜닝 될 수있는 광학 특성을 표시. 따라서, 이들은 또한 이러한 바이오 의료 영상 (29)에 대한 반사 방지막, 태양 흡수, 열 거울, 착색 안료, 가시광 구동 광촉매 투명 창과 갑옷이나 형광 물질과 같은 다양한 애플리케이션에서 발견된다. 우리는 그들이 같은 효율적으로, 그러나 등 천연 자원을 절약, 환경 오염 감소, 수소 경제를 실현, 많은 작업을 태양 에너지를 수확 많은 에너지 및 환경 관련 측면에서 중요한 역할을 재생하려고하는 것으로 예상 할 수 있습니다 여전히 decre로, 생산 비용을 절감 속성을 지속적으로 개선 할 필요가소결 온도 asing 또는 희토류 이온의 사용을 제한. 그것은 신규 알론 형광체를 발견하며, 등록 정보의 구성 및 성장 조건의 역할을 명확하게함으로써 달성 될 수있다. 우리는 CL은 이러한 목표를 달성하기 위해 중요한 역할을 할 수 있다고 보았다. 그러나, 최근의 새로운 접근 방식도 매우 유망한 가능성을 계시했다. 이러한 접근법은 두 비행 시간 형 이차 이온 질량 분석법 (TOF-SIMS) 및 단일 입자를 진단한다. TOF-SIMS 공간적 극미량의 종의 검출뿐만 아니라, 산화 상태 (31)의 차이뿐만 아니라 가능하게 고감도로 전체 질량 스펙트럼을 확인할 수있다. 단일 입자 진단 작은 단결정 등의 복합체의 개별 발광 입자의 치료에 구성되고, 초 - 해상도 단결정 X 선 회절의 수단 및 단일 입자의 형광에 의한 광학 및 구조적 특성을 조사 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).
