Summary
En utmärkt kemiska och luminiscens stabiliteterna (oxi) nitrid fosfor presentera den som ett lovande alternativ till för närvarande används sulfid och oxid fosfor. I detta dokument presenterar vi vägen för att undersöka dess lokala luminiscens egenskaper med hjälp av energisnåla katodluminiscens (CL).
Abstract
Nitrid och oxinitrid (Sialon) fosfor är goda kandidater för det ultravioletta och synliga applikationer utsläpp. Hög prestanda, god stabilitet och flexibilitet i sina emissionsegenskaper kan åstadkommas genom att kontrollera deras sammansättning och dopningsmedel. Dock krävs fortfarande en hel del arbete för att förbättra deras egenskaper och minska produktionskostnaderna. En möjlig väg är att korrelera luminiscens egenskaperna hos SiAlON partiklarna med deras lokala strukturella och kemiska miljön i syfte att optimera deras tillväxtparametrar och hitta nya fosfor. För ett sådant ändamål är lågspänning katodluminiscens (CL) mikroskopi en kraftfull teknik. Användningen av elektronen som en exciteringskälla tillåter att upptäcka de flesta av luminiscens centra, avslöjar deras luminiscens fördelning rumsligt och på djupet, direkt jämföra CL resultat med andra elektronbaserade tekniker, och att undersöka stabiliteten av deras luminiscens egenskaper under stress. Sådana fördelar för fosfor karakterisering kommer att belysas genom exempel på undersökning vid flera SiAlON fosfor från lågenergihus CL.
Introduction
På senare tid har mer och mer uppmärksamhet ägnas åt miljöfrågor, särskilt produktion och förbrukning av energi. För att besvara dessa samhällets behov, måste energiproduktionen vara "grönare" betyder, att minska energiförbrukningen från traditionella källor eller utveckling av nya miljövänliga material. Lysdioder (LED) och fältemissionsdisplayer (FED) har fått stor uppmärksamhet på grund av deras kompakthet, bättre prestanda och lägre strömförbrukning jämfört med de faktiska skärmar, såsom kvicksilver gas-urladdnings lysrör eller plasmaskärmar 1-5. Den viktigaste faktorn för ljuskälla LED och FED är en högeffektiv fosfor. Sällsynta jordarts dopade fosfor är oorganiska material som består av ett värdgitter och sällsynta jordarts dopningsmedel, som kan avge ljus under excitation av fotoner (ultraviolett (UV), blått ljus), elektroner (elektronstråle) eller elektriskt fält. Kraven för högeffektiva fosforer är: 1) hög konverteringsionen effektivitet med de olika exciteringskällor; 2) god stabilitet med låg termisk härdning; 3) hög färgrenhet med full färg reproducerbarhet. Däremot kan endast ett mycket begränsat antal av fosfor närvarande uppfyller dessa minimikrav. För närvarande använda oxidbaserade fosforer har låg absorption i det synliga ljus spektrum, medan sulfid-baserade sådana har låg kemisk och termisk stabilitet. Dessutom visar de nedbrytning under elektroner eller omgivande atmosfär, vilket begränsar anordningens livstid. Eftersom deras färgrenhet och effektivitet är begränsade, gör det dem svåra att användas för att förverkliga högt färgåtergivningsindex (CRI) luminiscerande enheter. Följaktligen krävs utforskning av nya fosfor.
Sällsynta jordartsmetaller dopade nitrid och oxinitrid (SiAlON) fosfor anses vara bra kandidater med enastående termisk och kemisk stabilitet baserat på deras stabila kemisk bindning strukturer. Stokes-skift blir mindre i en stark lattice och det leder till en hög verkningsgrad och en liten termisk härdning av fosfor 6-9. I allmänhet är den luminiscens av tvåvärda sällsynta jordartsmetalljoner, såsom Eu 2+ eller Yb 2+, och Ce 3+ hänföras till 5d-4f elektroniska övergångar, och består av ett brett band med topp läge varierar med värdgitter grund till den starka växelverkan mellan 5d orbitaler och kristallfältet. På grund av deras egenskaper, är våglängd-avstämbara luminiscens som erhålls genom att ändra den kemiska naturen av sällsynta jordartsjoner och deras koncentration i värdgitter (fig. 1). Således kan SiAlON fosforer användas för att realisera högt Ra vita LED med hjälp av blå-grön-röd fosfor och applikationer i UV-FED.
Även SiAlON fosfor är lovande material, en hel del arbete såsom att hitta nya strukturer och minska produktionskostnader fortfarande krävs. Dessutom, på grund av svårigheterna i fråga om optimering av syndtrering förhållanden SiAlON fosfor innehåller ofta sekundära faser 18-20. Undersökning av sådana lokaliserade strukturer är viktigt att förstå sintringsmekanismen och optimera de sintringsförhållanden, och så för att förbättra de optiska egenskaperna hos SiAlON fosforer. Dessa mål kan uppnås genom energisnåla katodluminiscens (CL) teknik.
CL är ett fenomen i vilket elektroner bestrålar på ett luminiscent material orsaka emission av fotoner. I motsats till fotoluminescens (PL), som induceras av foton-excitation, är exciteringsområdet vanligen i storleksordningen millimeter och selektiva exciteringar förbättra särskilda emissionsprocesser, elektronstråle exciterar i nanometerskala och aktiverar alla luminiscens mekanismer som finns i materialet , vilket kan göra det möjligt att upptäcka olika faser med olika luminiscens egenskaper 10-12. Dessutom kan de infallande elektronerna generera inte bara CL-signalenmen också olika signaler, såsom reflekterat elektron, Auger eller röntgen, som ger olika information om materialet. Sålunda kan även erhållas de strukturella, kemiska eller elektriska egenskaper. Kombinationen av dessa tekniker med CL resulterar i en bättre förståelse av ursprunget för de lokala strukturerna för SiAlON fosfor 14-20.
CL undersökningar kan utföras med hjälp av olika typer av elektron-strålekällor 13. Numera svepelektronmikroskop (SEM) är det vanligaste systemet för att utföra CL mätningar. I det följande kommer vi att huvudsakligen diskutera detta system. Såsom framgår av fig. 2, är CL mätningarna med hjälp av en elektronkälla (SEM), en ljussamlare (optisk fiber och monokromator) och ett detektionssystem. Detektionssystem består av en laddningskopplad anordning (CCD) och ett fotomultiplikatorrör (PMT), som är för parallell avkänningsläge och serie avkänningsläge, respektive.I allmänhet är det uppsamlade ljuset från provet justeras genom slitsen och därefter dispergerades genom monokromator gittret. När det uppsamlade ljuset av provet dispergeras på CCD (parallell avkänningsläge) är varje emissionsvåglängden detekteras samtidigt. När en specifik våglängd av den dispergerade ljuset väljs av en slits (seriell avkänningsläge), är dess intensitet registreras av PMT att bilda monokromatiska bilder.
I detta papper, vi belysa främst användningen av en lågenergi CL för karakterisering av SiAlON fosfor, representativt, Si-dopat AIN 14, 22, Ca-dopade (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) ( N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) 15, Si / Eu-dopade AIN 16, 17 och Ce-dopade La 5 Si 3 O 12 N material. Tvärsnitts polering metod som använder ett argon jonstrålar (CP-metoden) är en användbar metod för att observera skiktade strukturer, på grund av dess bredare polering område med mindre ytskador. Dethar utförts för en utredning av en lokal struktur av fosfor. Korrelationen av CL med andra elektronbaserade tekniker och utredningen av luminiscens stabilitet kommer att illustreras också.
Protocol
1. Prov
- fosfor syntes
- Utforma produkten, fastställa utgångsmaterial och deras vikt baserat på de förväntade kemiska reaktioner. Just vikt råutgångspulver 14-20.
- Krossa och blanda dem i en agatmortel för hand. Beroende på kvaliteten hos råpulver, blanda under 15-30 minuter för att få en blandning så homogen som möjligt. Packa pulverblandningen i en bornitrid degel.
OBS: Utför steg 1.1.1-1.1.2 i en handskbox under inert gas, med mycket låg syrekoncentration som den slutliga produkten eller de råa pulvren är instabila i luften. - Avfyra pulverblandning i en gastrycksintringsugnen med en grafitvärmare. Värm proverna vid en konstant uppvärmningshastighet. Introducera in i kammaren den förutbestämda kvävgas (99,999% renhet), och samtidigt höja upp temperaturen till det önskade värdet.
OBS: Håll samma villkor för varaktighet Sinte ringa. Uppvärmningstemperatur och varaktighet är olika beroende på materialen 14-20. - Efter bränning, stäng av strömmen, och låt proverna svalna i ugnen. Krossa väl sintrade pulver i en agat mortel för hand tills att få fina partiklar.
- Tvärsnitt
- Blanda 150 mg fosfor med 300 mg av harts och 30 mg härdare. Häll i en silikonform och grädda vid 60 ° C under 30 min i vakuum för förångning syre från blandningen.
- Placerades i en kiselform och bakade på nytt vid 100 ° C under 60 min i luft för att tillverka ett pulver inbäddad chip. Under uppvärmning, är mest av pulver avsattes vid botten på grund av hög materialtäthet.
- Polera aspekt av undersidan av chipset med hjälp av hands-lap och Ar-jon tvärsnitt poler i syfte att producera en spegelyta. Högre mängd av formade pulvren medger bättre observation av den inre strukturen av pulver.
- Prov och set-up preparatet
OBS: Som CL är ett kontaktlöst teknik finns det inga särskilda krav för själva mätningen. Beredningen kommer att bero på mål mätningen. Således, för kvantitativa mätningar, kan det vara föredraget att sätta en stor mängd av pulver på kol band eller en film. För kvalitativa mätningar, kan undersökning av isolerade partiklar gynnas genom att sätta en liten mängd pulver på ett kol band eller dispergering av pulvret i etanol och immerging en konventionell kopparmikrogaller för TEM i lösningen.- Justera höjden av provet steget så att överkanten av provet med referenssteget (12 mm).
- Sätt provstadiet in i kammaren. Sätt i ellipsformad spegel mellan elektronkanonen och proverna. Se till att proverna inte vidrör ellipsformad spegel för att förhindra kontaminering av spegeln eller bryta den.
- Fyll den svalaning reservoar av detektorerna med flytande N2. Slå på detektorn. Vänta tills detektorerna temperatur stallet att starta CL mätningar. Den idealiska temperaturen för mätning är 110 K. OBS: kan kontrolleras Temperatur på programmet.
- CL mätningar
OBS: De elektronstråleförhållanden, i synnerhet elektronstråleenergi och strålströmmen, väljs ut. Dessa villkor bör väljas i funktion av den förväntade luminescensintensiteten av proverna, den observerade laddning, den luminiscens nedbrytning och intressen i djupgående analys.- Placera elektronstråle där du vill ta SEM och / eller CL-spektrum. Fokusera bilden för att få ut den definierade formen och korrekt astigmatism att få en klar och skarp bild. Justera skede höjd och arbetsavstånd. Korrigera astigmatism med hjälp av x, y stigmators på den förstorade bilden. Starta programmet för CL förvärv.
- Optimera spegelpositionen ochprov höjd för att få den starkaste intensiteten för CL-spektra. För att utföra det, klicka på "realtidsmätning" och välj "kontinuerlig drift" på programmet. Ställa in spegeln i monokromatorn som "framsida" för att skicka den dispergerade ljuset till CCD och ta den snabba CL spektra. Sakta ändra spegelpositionen och provhöjd och samtidigt hålla SE bild fokuserad och öka CL intensitet.
- CL-spektra av ett stort område, klicka på "realtidsmätning" ikonen och välj "one-shot-läge" på programmet. Konfigurera ljusdetekteringssystemet för att sända det emitterade ljuset till CCD. Beroende på provet, välj gittret, slitsbredden och mätning uppsamlingstiden för att få den mest lämpliga intensitet / spektral upplösning.
- För CL monokromatiskt avbildning, klicka på "bildmått" -ikonen och välj "PMT-detektorn" på programmet. Ställ spegeln i monokroma ens "baksida" för att skicka den spridda ljuset till PMT detektor, och infoga en slits. Beroende på provet, välja upplösning, förstoring, önskvärd samling våglängd och tid. Frysa bilden och skicka den till programvaran.
- För lokal CL analys görs SE eller CL image första. Klicka på "mätning" -ikonen, välj stånd att ta spektra på bilden. Konfigurera ljusdetekteringssystemet för att skicka det emitterade ljuset till CCD, och sedan ta CL spektra.
- För CL tidsutvecklingen, klicka på "tidsberoende mätning" -ikonen och välj "CCD" på programmet. Konfigurera ljusdetekteringssystemet för att sända det emitterade ljuset till CCD-detektor. Beroende på vilket program väljer antalet spektra och tiden mellan 2 mätningar, till exempel 360 spektra var 10 sek.
Representative Results
Den luminiscens distribueras inte bara i sidled utan också på djupet. Sådan kärna-ytfördelning är observerbar med CL genom att ändra elektronenergin, eftersom det varierar penetrationsdjupet för de infallande elektronerna 21. Varierar dock penetrationsdjupet för varje material och korrespondens mellan elektronenergin och penetrationsdjupet är inte linjär, och kan införa några ytterligare effekter, såsom reabsorption av högre energi foton från de djupare områdena av själva materialet. Således kan det vara föredraget att observera direkt den fördelande kärna-ytan via tvärsnitt observation. I händelse av fosforpulver, kan en sådan observation uppnås genom att fånga partiklarna i ett harts och polera den pulverhartskomposit genom tvärsnitt polermaskin, till exempel. Eftersom partiklarna är slumpmässigt fördelade i hartset, är skärriktningen inte kontrollerbar. Emellertid den höga mängden av partiklar enllows skära tillräckligt partiklar för att göra en sådan analys giltig.
För att illustrera detta, har vi undersökt den luminiscens fördelningen av Si-dopat AIN pulver. Figur 5a visar CL-spektra för AlN-pulver dopade med 0,0% och 1,6% Si. Utsläppen av odopad AIN består av 2 band vid 350 och 380 nm, medan den för AIN dopad med 1,6% av ett band vid 350 nm med en tydlig skuldra vid 280 nm. 350 och 380 nm band tillskrivs Al vakans-syrekomplex (O N -V Al), medan axeln vid 280 nm med O-renat AlN påverkas av Si för att bilda SiO ånga 22. Figur 5b och 5c visar CL bilder tagna vid 280 nm för sintrade och tvärsnitt AlN pulver dopade med 1,6% Si, respektive. Den nm emission 280 är ojämn längs partiklarna från CL bilden av sintrade prov, de ljusare områden verkar vara på kanterna av det nominellatiklar, men morfologier hos partiklarna och deras fördelning kan göra sådana synpunkter inte så självklart. Men från CL bilden av tvärsnitt prov, framgår det tydligt att emissions 280 nm huvudsakligen lokaliserad på ytan av partiklarna, vilket tyder på att AIN partiklar faktiskt är belagda med ett Si-rikt skikt och yta rening kan fortsätta.
Lokala sammansättning ändras i SiAlON fosfor kan drastiskt påverka luminiscens egenskaper. Sålunda kan samma sällsynta jordartsjoner i olika värd gitter eller i olika webbplatser ger olika utsläpp 15,18-20. Men tyvärr lokala skillnader under sintringen, till exempel en fördelning av temperatur eller råmaterialen proportion, eller den partiella oxidationen av ytan av partiklarna, förväntas, vilket resulterar i förändringar i kompositionen längs partiklarna och / eller i samexistens av flera faser. Sådana effekter kan inte vara direkt observerbar med strukturella och kemiska karakteriseringstekniker. Således är det viktigt att undersöka de lokala luminiscensegenskaper av en fosfor. Med exakt kontroll av storleken och placeringen av elektronstråle i en SEM, är det möjligt att inte bara att skaffa en CL-spektrum från en nanoskala region men också att få högupplösta CL bilder av luminiscens centra.
(La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) är en intensiv blå fosfor som är lämplig för allmänbelysning. Det har visat sig att genom att ersätta (La, Ce) av Ca, inträffar en rödförskjutning och en breddning av CL toppar enligt Ca-dopning. Man trodde att Ca påverkade kristallfältet uppdelning av Ce 3+. Men denna förklaring, endast baseras på luminiscens spektra, är missvisande, vilket framgår av tvärsnitts lokal analys. 15 Figur 6 visar tvär seknella SE (CS-SE), kombinerade CS-CL bilder på 300 nm (röd), 430 nm (blå) och 540 nm (grön) och lokal CL-spektra togs vid 5 kV för JEM fosfor dopade med 0 (a, b, c) och 0,69 (d, e, f) vid. % Av Ca, respektive. Det måste noteras att dessa våglängder valdes ut i syfte att minska de band som överlappar i det fall att flera band existerar. För CS-CL bilden av Ca-odopat prov, JEM partiklarna består av många partiklar klistrade med varandra. Den luminiscens vid 430 nm är nästan jämnt fördelad med några ljusare området och några av lokalt område på 300 nm. Å andra sidan, korngränserna visar mörkare emission. Lokal CL analys visar att den spektrala formen är relativt jämförbara i alla lägen, med en förskjutning av banden 430-450 nm och spektral intensitet i en god överensstämmelse med bilderna. För CS-CL bilden av Ca-dopade, det finns stora skillnader mellan 430 och 540 nm. Submikrona fläckar syns tydligt ljusare vid 300 och 540 nm längs en stor portion av partiklarna med mörkare korngränsregioner, medan emission 430 nm är lokaliserad i en annan del av partiklarna. Genom lokal analys, CL-spektrum tas på en 430 nm ljus område (punkt 3) består ett band vid 440 nm, jämförbar på ett observerades för Ca-odopad prov. De ljusa områdena vid 540 nm, inbäddade i samma partikel, (punkterna 1 och 4) visar ett band vid 480-490 nm. Små ljusa områden på 300 nm (punkt 2) och mörk korngränsområdet (punkt 5) visar ett band vid 440 nm med skuldra vid 480 nm, med ibland vid emission vid 310 nm. Baserat på litteraturen och XRD analys kan vi tillskriva bandet centrerat vid omkring 430 nm till Ce 3+ i JEM 22 och vid 480 nm till Ce 3+ i α-SiAlON 23. Ju mörkare bred emission ursprung till Ce 3+ i β-SiAlON, och att vid 310 nm till Sialon värdmaterial. Dessa resultat visar att den röda skift och breddning av CL toppar enligt Ca dopning inte kan tillskrivasCa-inducerade förändringar i kristallområdet uppdelning av Ce 3+ som först trodde, men mer till samexistens mellan olika faser i samma partiklar och den gradvisa omvandlingen av β-SiAlON till a-SiAlON med Ca dopning.
Även övervakningen av de olika utsläpps centra och deras fördelning är möjligt genom att använda energisnåla CL, kan det inte vara tillräckligt för att fullt ut förstå vilken typ av luminiscens centra. I sådana fall är det nödvändigt att kombinera mätningarna CL med andra tekniker. Eftersom de infallande elektronerna kan generera andra signaler bredvid CL, är det möjligt att direkt korrelera ljusemissionen med elektriska, kemiska eller strukturella egenskaper genom att undersöka samma område med olika elektronstråleteknik. Sålunda har korrelationen av CL med högupplösande TEM (HRTEM) och EBIC använts för att karakterisera defekter, såsom dislokationer eller stapling fel. Som förvariationen i koncentration / sammansättning, kan kombinationen av CL med TEM, EDS eller Auger spektroskopi resultera i en bättre förståelse av ursprung luminiscens.
Här visar vi denna aspekt genom att undersöka utsläpp av Si-dopat AIN pulver. Figur 7 visar CS-CL och CS-EDS bilder (a, b) och lokala spektra (c, d) av AIN partiklar dopad med 4,0% Si doping. CS-CL bilden togs vid 350 nm, medan CS-EDS bilden består av överlagring av Si och Al distribution. CS-CL Bilden visar mörkare långsträckt struktur i centrum av partiklarna. Lokala CL-spektra tagna i den ljusa området består av en kraftig topp vid 350 nm med axlarna vid 280, 380 och 460 nm. Det finns dock tydliga förändringar i förhållandet mellan dessa olika band med positionen. Områden som visar en ljusare emission vid 350 nm (punkt 1) uppvisar en högre utsläpp 280 nm och mindre 460 nm emission jämfört med main band vid 350 nm, medan den mörkare avlånga patch (punkt 2) visar en mindre emission 280 nm och högre emission 460 nm jämfört med huvudband vid 350 nm. 460 nm härstammar från Si-tillmötesgående defekter i AIN 24. EDS bilder och lokala spektra avslöjar att mörkare långsträckta området visar en mindre Al och högre Si sammansättning jämfört med resten av partiklarna. Jämfört med de resultat som observerades i figur 5, kan vi anta att genom att öka mängden av Si in i AIN, inträffar en sekundär reaktion mellan Si och AIN, som inducerar bildningen av SiAlON faser.
De två viktiga parametrar för ett material som används i anordningar är material med hög prestanda och stabilitet under stress. I själva verket kommer en försämring av materialegenskaperna under stress minska dess livstid, vilket inte är industriellt genomförbar. Således, för elektronstråle stimulerade enheter, såsom katodstrålerör (CRT) och FED, är det necessary att utveckla elektronstrålestrålningsresistenta fosfor och / eller att förstå elektronstråle inducerade mekanismer för att förebygga eller minska dessa effekter. Luminiscens nedbrytningen kan ske via olika mekanismer, till exempel adsorption / desorption eller laddning på ytor, skapas eller aktivering av defekter, etc. 25-27. Även om dessa intensitetsvariationer komplicera den kvantitativa analysen av CL resultat, kan de användas för att undersöka livslängden för optoelektroniska anordningar.
För att illustrera detta, har vi CL spektra och förändringarna i två blå-emitterande fosfor, Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N och Si / Eu-dopade AIN. Figur 8a visar CL-spektra för Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N och Si / Eu-dopade AIN efter 20 sekunder av strålning vid 5 kV. Båda proven visar en intensiv blå emission: att bandpositionen och intensiteten för Ce-dopad La <sub> 5 Si 3 O 12 N är 456 nm och 3.270 cps respektive, medan de för Si / Eu-codoped AIN är 466 nm och 3100 cps. A priori är den största skillnaden mellan dessa 2 samplar bredden av utsläpp, eftersom utsläppen för Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N är större på grund av samexistensen av flera band. Således verkar det som om båda materialen är lämpliga som blåemitterande fosfor för FED, och att vi måste ta hänsyn till kriterier som tillverkningskostnaden, är förenliga med de andra fosfor eller stabiliteten hos luminiscens egenskaper under elektronstrålestrålning, för att bestämma mest lämpliga. Figur 8b visar förändringarna i CL intensitet Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N och Si / Eu-dopade AIN under elektronstrålestrålning vid 5 kV. För Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N, minskar intensiteten från 3270 till 450 cps i 5 minuter och 95 cps i 60 min. Nämligen under 3600 sekav 5-kV bestrålning, intensiteten minskar mer än 95% av den ursprungliga intensiteten. För Si / Eu-dopade AIN, intensiteten minskar 3100 till 2500 cps i 60 minuter, det vill säga en minskning med 20% av denna ursprungliga intensitet. Dessa resultat visar tydligt att Si / Eu-dopade AIN är mycket bättre kandidat än Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N är på grund av dess högre stabilitet.
Figur 1: Luminiscens av sällsynta jordartsdopad SiAlON fosfor Bilder av olika fosfor enligt synlig (a) och ultraviolett (b) ljus.. (C) Normaliserad CL spektra av Eu 2+ i olika värd gitter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
page = "1"> 
Figur 2: Inställning av CL (a) Fotografera av SEM med CL-system, med infälld ett fotografi av ellipsformad spegel.. (B) Schematisk bild av ljusdetektionssystem. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Framställning av SiAlON fosfor (a) Fastställande av utgångspulver, vikt och sintringsförhållanden,. (B) Blandning av råpulver; (C) Sintring av pulverblandningen; (D) Sintrade pulver före och efter krossning.target = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4:. Tvärsnitt preparatet (a) blandning av pulvren med harts och härdare, och indunstning luft i blandningen. (B) hälla in i en kiselform och upphettning. (C) polering av marker genom praktisk varv och Ar-jon tvärsnitt poler. (D) Att mäta tvärsnitts polerad yta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5:. Kärn skal distribution i Si-dopat AIN (a) CL-spektra av AIN pulver dopad med 1,6% av Si vid 5 kV. (B - c) CL bilder tagna vid 5 kV och 280 nm för sintrade (b) och tvärsektion (c) AlN pulver dopade med 1,6% Si, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra .
Figur 6:. Lokal analys av Ca-dopade JEM fosfor CS-SE, kombinerat CS-CL bilder på 300 nm (röd), 430 nm (blå) och 540 nm (grön) och lokal CL-spektra togs vid 5 kV för JEM fosfor dopad med 0 (a, b, c) och 0,69 (d, e, f) vid. % Av Ca, respektive.ig6large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7:.. CL och EDS jämförelse av Si-dopade AlN CS-CL och CS-EDS bilder (a, c) och lokal spektra (B, D) av AIN partiklar dopade med 4,0% Si dopning Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8:. Luminescence stabilitet två blå fosfor (a) CL spektra av Ce-dopad La 5 Si 3 O 12 N och Si / Eu-dopade AIN efter 20 sekunder av strålning vid 5 kV. (b 5 Si 3 O 12 N och Si / Eu-dopade AIN under elektronstrålestrålning på 5 kV. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Genom dessa representativa exempel på lågenergihus CL karakterisering på SiAlON fosfor, har vi visat hur kraftfull och snabb teknik för fosfor utredning kan vara. Genom att mäta den lokala CL mätningar och kartläggning, att dra nytta av den flexibilitet i provberedningen och kombinera CL med andra tekniker, kan vi tillskriva mer exakt ursprunget till luminiscens, klargöra tillväxtmekanismer och bestämma de mest lämpliga fosfor för applikationer. Dessa resultat är främst uppnås på grund av förbättringar av elektronmikroskop och ljusdetektorer, som förbättrar mätningen insamling tid, känslighet och den rumsliga upplösningen.
Både SiAlON fosfor och CL fält inte är naturligt begränsade till de aspekter som presenteras i detta dokument. I det följande, i syfte att utvidga diskussionen kommer vi att diskutera lite mer om dem separat.
Vid Of SiAlON fosfor, med sina överlägsna luminiscens och stabilitetsegenskaper, de blir mer och mer används för belysningsapplikationer. Men också visa de mycket intressant mekaniska, termiska, magnetiska, supra, elektriska, elektroniska och optiska egenskaper, som kan anpassas genom att ändra deras sammansättning. Således är de också i ett brett spektrum av tillämpningar, såsom antireflexbeläggningar, solabsorbatorer, värme speglar, färgpigment, synligt ljus drivna fotokatalysatorer, genomskinliga fönster och rustningar, eller fluorescerande prober för bio-medicinsk avbildning 29. Vi kan räkna med att de kommer att spela avgörande roller i många energi- och miljörelaterade aspekter, såsom effektivt skörda solenergi, förverkliga vätgasekonomin, minska miljöföroreningar, spara naturresurser, etc. Men en hel del arbete fortfarande krävs för att fortsätta att förbättra deras egenskaper och samtidigt minska sin produktionskostnaderna, såsom DecréAsing sintringstemperaturen eller begränsa användningen av sällsynta jordartsjoner. Det kan åstadkommas genom att hitta nya sialon fosfor, och klargöra rollen för sammansättning och tillväxtbetingelser på fastigheterna. Vi har sett att CL kan spela en viktig roll för att uppnå dessa mål. Men har de senaste nya metoder avslöjade också mycket lovande möjligheter. Två av dessa metoder är tids of-flight sekundär jon masspektrometri (TOF-SIMS) och single-partikel diagnos. TOF-SIMS kan rumsligt lösa hela masspektrum med hög känslighet, som gör det möjligt inte bara att upptäcka arter på spårnivå utan också skillnaderna i oxidationstillståndet 31. Den enda partikel diagnos består i behandlingen av en individuell luminiscerande partikel i en komplex blandning som en liten enda kristall, samt att undersöka de optiska och strukturella egenskaper med hjälp av super-resolution enkristallin röntgendiffraktion och enda 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).
