(ऑक्सी) नाइट्राइड फोस्फोरस का एक उत्कृष्ट रासायनिक और luminescence stabilities एक आशाजनक विकल्प के रूप में उपस्थित वर्तमान में सल्फाइड और ऑक्साइड फोस्फोरस इस्तेमाल करने के लिए। इस पत्र में, हम जिस तरह से कम ऊर्जा cathodoluminescence (सीएल) का उपयोग कर अपने स्थानीय luminescence गुणों की जांच के लिए उपस्थित थे।
नाइट्राइड और oxynitride (Sialon) फोस्फोरस पराबैंगनी और दृश्य उत्सर्जन अनुप्रयोगों के लिए अच्छा उम्मीदवार हैं। उच्च प्रदर्शन, अच्छा स्थिरता और उनके उत्सर्जन गुण का लचीलापन उनकी संरचना और dopants को नियंत्रित करने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, काम का एक बहुत अभी भी उनके गुणों में सुधार करने और उत्पादन लागत को कम करने के लिए आवश्यक है। एक संभव दृष्टिकोण के क्रम में उनकी विकास मापदंडों का अनुकूलन और उपन्यास फोस्फोरस खोजने के लिए अपने स्थानीय संरचनात्मक और रासायनिक वातावरण के साथ Sialon कणों का गुण luminescence सहसंबंधी है। इस तरह के एक उद्देश्य के लिए, कम वोल्टेज cathodoluminescence (सीएल) माइक्रोस्कोपी एक शक्तिशाली तकनीक है। एक उत्तेजना स्रोत के रूप में इलेक्ट्रॉन के उपयोग luminescence केन्द्रों में से अधिकांश का पता लगाने के लिए अनुमति देता है, स्थानिक और गहराई में उनकी luminescence वितरण का खुलासा, सीधे अन्य इलेक्ट्रॉन-आधारित तकनीकों के साथ सीएल परिणामों की तुलना, और सेंट के तहत उनके luminescence गुणों की स्थिरता की जांचress। फोस्फोरस लक्षण वर्णन के लिए इस तरह के फायदे कम ऊर्जा सीएल द्वारा कई Sialon फोस्फोरस पर जांच के उदाहरण के माध्यम से प्रकाश डाला जाएगा।
हाल ही में, अधिक से अधिक ध्यान पर्यावरण के मुद्दों, विशेष रूप से ऊर्जा उत्पादन और खपत के लिए समर्पित है। इन समाज की जरूरतों का जवाब है, ऊर्जा उत्पादन "हरियाली" होना चाहिए कि इसका मतलब है, परंपरागत स्रोतों से ऊर्जा की खपत को कम करने या नए पर्यावरण के अनुकूल सामग्री का विकास। प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) और क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शित करता है (feds) उनके compactness, बेहतर प्रदर्शन और कम बिजली की खपत ऐसे पारा गैस निर्वहन फ्लोरोसेंट प्रकाश व्यवस्था या प्लाज्मा प्रदर्शित 1-5 के रूप में वास्तविक प्रदर्शित करता है, की तुलना में होने के कारण महत्वपूर्ण ध्यान मिल गया है। एलईडी और फेड के प्रकाश स्रोत के लिए महत्वपूर्ण कारक एक उच्च कुशल भास्वर है। दुर्लभ पृथ्वी डाल दिया गया फोस्फोरस अकार्बनिक एक मेजबान के जाली और दुर्लभ पृथ्वी dopants, जो फोटॉनों की उत्तेजना (पराबैंगनी (यूवी), नीली बत्ती), इलेक्ट्रॉनों (इलेक्ट्रॉन बीम) या बिजली के क्षेत्र के तहत प्रकाश का उत्सर्जन कर सकते हैं से मिलकर सामग्री रहे हैं। उच्च कुशल फोस्फोरस के लिए आवश्यकताओं हैं: 1) उच्च बातचीतविभिन्न स्रोतों के साथ उत्तेजना सायन दक्षता; 2) कम थर्मल शमन के साथ अच्छा स्थिरता; 3) पूरे रंग-reproducibility के साथ उच्च रंग पवित्रता। हालांकि, केवल फोस्फोरस का एक बहुत ही सीमित संख्या में वर्तमान में इन न्यूनतम आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। वर्तमान में इस्तेमाल किया ऑक्साइड आधारित फोस्फोरस, दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम में कम अवशोषण है, जबकि सल्फाइड-आधारित वाले कम रासायनिक और थर्मल stabilities है। इसके अलावा, वे इलेक्ट्रॉनों या परिवेश माहौल है, जो जीवन भर डिवाइस सीमा के अंतर्गत गिरावट दिखा। चूंकि उनके रंग पवित्रता और दक्षता सीमित कर रहे हैं, यह उन्हें मुश्किल उच्च रंग प्रतिपादन सूचकांक (CRI) luminescent उपकरणों की प्राप्ति के लिए इस्तेमाल किया जा है। नतीजतन, नई फोस्फोरस के अन्वेषण के लिए आवश्यक है।
दुर्लभ पृथ्वी डाल दिया गया नाइट्राइड और oxynitride (Sialon) फोस्फोरस बकाया थर्मल और रासायनिक स्थिरता उनके स्थिर रासायनिक संबंध संरचनाओं के आधार पर साथ अच्छे उम्मीदवार के रूप में माना जाता है। स्टोक्स बदलाव एक मजबूत ला में छोटा हो जाता हैttice और यह एक उच्च रूपांतरण दक्षता और फोस्फोरस 6-9 के एक छोटे से थर्मल शमन होता है। सामान्य में, इस तरह के यूरोपीय संघ के 2 + 2 + या Yb, और CE 3 + के रूप में द्विसंयोजक दुर्लभ पृथ्वी आयनों, की luminescence चरम स्थिति के कारण मेजबान जाली के साथ बदलती के साथ 5 डी-4f इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के लिए जिम्मेदार ठहराया है, और होते है एक व्यापक बैंड की 5 डी कक्षाओं और क्रिस्टल क्षेत्र के बीच मजबूत बातचीत करने के लिए। उनके गुणों के कारण, तरंग दैर्ध्य-ट्यून करने योग्य luminescence मेजबान जाली (छवि। 1) और दुर्लभ पृथ्वी आयनों की रासायनिक प्रकृति उनकी एकाग्रता को बदलने के द्वारा प्राप्त की है। इस प्रकार, Sialon फोस्फोरस साकार उच्च CRI सफेद एलईडी यूवी Feds में नीले-हरे-लाल फोस्फोरस सिस्टम और अनुप्रयोगों का उपयोग कर के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
हालांकि Sialon फोस्फोरस होनहार सामग्री, इस तरह के उपन्यास संरचनाओं को खोजने और प्रस्तुतियों लागत को कम करने के रूप में काम का एक बहुत अभी भी आवश्यक हैं। इसके अलावा, पाप के अनुकूलन के संदर्भ में कठिनाइयों के कारणTERING की स्थिति, Sialon फोस्फोरस अक्सर माध्यमिक चरणों 18-20 होते हैं। इस तरह के स्थानीय संरचनाओं की जांच sintering तंत्र को समझने और sintering शर्तों का अनुकूलन, और इसलिए Sialon फोस्फोरस के ऑप्टिकल गुणों में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है। इन उद्देश्यों को कम ऊर्जा cathodoluminescence (सीएल) तकनीक के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।
सीएल एक घटना है जिसमें एक luminescent सामग्री पर irradiating इलेक्ट्रॉनों फोटॉनों के उत्सर्जन का कारण है। photoluminescence (पीएल) है, जो फोटॉन उत्तेजना से प्रेरित है के विपरीत, उत्तेजना क्षेत्र मिलीमीटर और चयनात्मक excitations के क्रम में आम तौर पर है विशेष उत्सर्जन प्रक्रियाओं, नैनोमीटर पैमाने में इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजित बढ़ाने के लिए और सभी luminescence सामग्री में मौजूद तंत्र को सक्रिय करता है , विभिन्न luminescence गुण 10-12 के साथ अलग-अलग चरणों का पता लगाने की अनुमति दे सकती है। इसके अतिरिक्त, इस घटना इलेक्ट्रॉनों सीएल संकेत उत्पन्न नहीं कर सकते हैंलेकिन इस तरह परिलक्षित इलेक्ट्रॉन, बरमा या एक्स-रे के रूप में भी विभिन्न संकेतों है, जो सामग्री पर विभिन्न जानकारी प्रदान करते हैं। इस प्रकार, संरचनात्मक, रासायनिक या बिजली के गुण भी प्राप्त किया जा सकता है। Sialon फोस्फोरस 14-20 के स्थानीय संरचनाओं के मूल का एक बेहतर समझ में सीएल परिणामों के साथ इन तकनीकों के संयोजन।
सीएल जांच इलेक्ट्रॉन बीम स्रोतों 13 के विभिन्न प्रकार के माध्यम से किया जा सकता है। आजकल, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) सबसे आम प्रणाली सीएल माप प्रदर्शन करने के लिए है। बाद में, हम मुख्य रूप से इस प्रणाली पर चर्चा करने जा रहे हैं। छवि के रूप में देखा। 2, सीएल माप एक इलेक्ट्रॉन स्रोत (SEM), एक प्रकाश कलेक्टर (ऑप्टिकल फाइबर और monochromator) और एक पहचान प्रणाली का उपयोग करके किया जाता है। डिटेक्शन सिस्टम एक आरोप युग्मित डिवाइस (सीसीडी) और एक photomultiplier ट्यूब (पीएमटी) है, जो समानांतर पता लगाने मोड और धारावाहिक का पता लगाने मोड, क्रमशः के लिए कर रहे होते हैं।सामान्य तौर पर, नमूना से एकत्र प्रकाश भट्ठा द्वारा समायोजित और फिर monochromator झंझरी से छितरी हुई है। नमूना एकत्र प्रकाश सीसीडी (समानांतर पता लगाने मोड) पर छितरी हुई है, जब प्रत्येक उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य एक साथ पता लगाया है। छितरी प्रकाश की एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य एक भट्ठा (धारावाहिक का पता लगाने मोड) द्वारा चयनित किया जाता है, इसकी तीव्रता पीएमटी द्वारा दर्ज की गई है एकरंगा छवियों के रूप में।
इस पत्र में, हम मुख्य रूप से Sialon फोस्फोरस के लक्षण वर्णन के लिए एक कम ऊर्जा सीएल के उपयोग पर प्रकाश डाला, प्रतीकात्मकता, सी-डाल दिया गया AlN 14, 22, सीए डाल दिया गया (ला, सीई) अल (सी 6-जेड अल Z) ( एन 10-जेड ओ Z) (z ~ 1) (जेईएम) 15, सी / यूरोपीय संघ डाल दिया गया AlN 16, 17 और प्रमाणित डाल दिया गया La 5 सी 3 हे 12 एन सामग्री। क्रॉस अनुभागीय चमकाने एक आर्गन आयन बीम (सीपी विधि) का उपयोग विधि बहुस्तरीय संरचनाओं, कम सतह क्षति के साथ इसकी व्यापक चमकाने क्षेत्र की वजह से निरीक्षण करने के लिए एक उपयोगी तरीका है। यहफोस्फोरस की एक स्थानीय संरचना की जांच के लिए किया गया है। अन्य इलेक्ट्रॉन-आधारित तकनीकों और luminescence स्थिरता की जांच के साथ सीएल के संबंध में भी यह साफ हो जाएगा।
Sialon फोस्फोरस पर कम ऊर्जा सीएल लक्षण वर्णन के ये प्रतिनिधि उदाहरण के माध्यम से, हम पता चला है कि कैसे फोस्फोरस जांच के लिए शक्तिशाली और जल्दी तकनीक हो सकता है। स्थानीय सीएल मापन और मानचित्रण मापने, नमूना तैयार करने में लचीलेपन का लाभ ले रही है और अन्य तकनीकों के साथ सीएल के संयोजन से, हम और अधिक सही, luminescence के मूल विशेषता विकास तंत्र को स्पष्ट और अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त फोस्फोरस निर्धारित कर सकते हैं। इन परिणामों के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के सुधार और प्रकाश डिटेक्टरों, जो बढ़ाने माप संग्रह समय, संवेदनशीलता और स्थानिक संकल्प के कारण मुख्य रूप से प्राप्त कर रहे हैं।
दोनों Sialon फोस्फोरस और सीएल क्षेत्रों स्वाभाविक रूप से इस अखबार में प्रस्तुत पहलुओं तक ही सीमित नहीं हैं। बाद में, क्रम में चर्चा विस्तार करने के लिए हमें अलग से उनके बारे में थोड़ा और अधिक चर्चा करने के लिए जा रहे हैं।
मामले ओ मेंएफ Sialon फोस्फोरस, उनके बेहतर luminescence और स्थिरता के गुणों के साथ, वे अधिक से प्रकाश अनुप्रयोगों के लिए अधिक इस्तेमाल किया जा रहा है। हालांकि, वे भी बहुत दिलचस्प यांत्रिक, थर्मल, चुंबकीय, अतिचालकता, इलेक्ट्रिकल, इलेक्ट्रॉनिक, और ऑप्टिकल गुण है, जो उनकी रचना बदलकर देखते जा सकता है प्रदर्शित करते हैं। इस प्रकार, वे भी इस तरह के antireflection कोटिंग्स, सौर अवशोषक, गर्मी दर्पण, रंग पिगमेंट, दृश्य प्रकाश संचालित photocatalysts, पारदर्शी खिड़कियां और armors, या फ्लोरोसेंट जांच जैव चिकित्सा इमेजिंग 29 के लिए के रूप में आवेदन की एक विस्तृत श्रृंखला में पाए जाते हैं। हम आशा कर सकते हैं कि वे इस तरह के सौर ऊर्जा कुशलता हालांकि बहुत काम की कटाई, हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था को साकार करने, पर्यावरण प्रदूषण को कम करने, प्राकृतिक संसाधनों की बचत, आदि, के रूप में कई ऊर्जा और पर्यावरण से संबंधित पहलुओं में महत्वपूर्ण भूमिका, खेलने के लिए जा रहे हैं अभी भी उनके गुणों में सुधार करते हुए इस तरह के decre के रूप में, उनकी उत्पादन लागत को कम करने के लिए जारी रखने के लिए आवश्यक हैsintering तापमान asing या दुर्लभ पृथ्वी आयनों का उपयोग सीमित। यह उपन्यास Sialon फोस्फोरस, ढूँढने और संपत्तियों पर रचना और विकास की स्थिति की भूमिका को स्पष्ट द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। हमने देखा है कि सीएल एक महत्वपूर्ण भूमिका इन उद्देश्यों को प्राप्त करने के लिए खेल सकते हैं। लेकिन, हाल ही में नए तरीकों को भी बहुत ही होनहार संभावनाओं का पता चला है। इन तरीकों में से दो समय की उड़ान माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (TOF-एस) और एकल कण निदान कर रहे हैं। TOF-एस स्थानिक जो पता लगाने के स्तर पर प्रजातियों का पता लगाने के लिए न केवल लेकिन यह भी ऑक्सीकरण राज्य 31 में मतभेद के लिए सक्षम बनाता उच्च संवेदनशीलता, साथ पूरे जन स्पेक्ट्रम को हल करने में सक्षम है। एकल कण निदान एक छोटे एकल क्रिस्टल के रूप में एक जटिल मिश्रण में एक व्यक्ति luminescent कण के उपचार में होते हैं, और सुपर संकल्प एकल क्रिस्टल एक्स-रे विवर्तन के साधन और एकल कण प्रतिदीप्ति द्वारा ऑप्टिकल और संरचनात्मक गुणों की जांच करने के लिए 31।
<pवर्ग = "jove_content"> कम ऊर्जा सीएल लक्षण वर्णन के लिए के रूप में, इस पत्र में, हम मुख्य रूप Sialon फोस्फोरस के लिए CL के उपयोग पर, इस तरह के अर्धचालक, nanostructures, जैविक सामग्री के रूप में, ध्यान केंद्रित किया है, जबकि सीएल भी अन्य सामग्री के लिए इस्तेमाल किया जा सकता और मिट्टी के पात्र। दूसरी ओर, हालांकि सीएल optoelectronic सामग्री के गुणात्मक लक्षण वर्णन के लिए एक अमूल्य तकनीक है, यह भी मात्रात्मक मापन के लिए कुछ चेताते लाती है। दरअसल, सीएल परिणाम निर्भर न केवल उत्तेजना की स्थिति, किरण वर्तमान और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पर, लेकिन यह भी जांच की सामग्री 25 की मात्रा पर। इस प्रकार, इन मानकों का एक छोटा सा बदलाव काफी सीएल तीव्रता बदल सकता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन बीम विकिरण के नमूने को नुकसान करने की संभावना बढ़ सकती है। यह तीव्रता में एक कठोर परिवर्तन के लिए प्रेरित, या नए luminescence केन्द्रों, जो मात्रात्मक सीएल माप की विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकते हैं के निर्माण / सक्रियण उत्पन्न हो सकता है। सामग्री चा में सीएल का विकासracterization था और दृढ़ता से इलेक्ट्रॉन बीम सूक्ष्मदर्शी में सुधार और प्रकाश का पता लगाने के लिए संबंधित हो जाएगा। इस प्रकार, यह अब मंदिर प्रदर्शन करने के लिए संभव है। यह उदाहरण 32-34 के लिए एक उच्च स्थानिक संकल्प और luminescence परिवर्तन microstructure इलेक्ट्रॉन बीम प्रेरित परमाणु विस्थापन की वजह से परिवर्तन के साथ साथ के luminescence परिवर्तन में सीटू अवलोकन का प्रत्यक्ष अवलोकन अनुमति देता है। इसके अलावा, एक में स्तंभ किरण blanker ऑप्टिकल डिटेक्टर के साथ सिंक्रनाइज़ के अलावा के साथ, यह अब उपलब्ध पल्स विधा है, जो एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप 35 में क्षय प्रोफ़ाइल माप प्रदर्शन की अनुमति देता में इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करने के लिए है। यह भी सोचा जा सकता है कि स्पंदित इलेक्ट्रॉन बीम विकिरण का उपयोग इलेक्ट्रॉन बीम प्रेरित नुकसान, जो मात्रात्मक मापन की विश्वसनीयता में सुधार और इलेक्ट्रॉन बीम संवेदनशील सामग्री के लक्षण वर्णन में मदद मिलेगी कम कर सकते हैं। इन 2 उदाहरण वर्णन कैसे सीएल विश्लेषण भविष्य में सुधार हो सकता है। </ P>The authors have nothing to disclose.
This work was supported in part by Green Network of Excellence (GRENE) project from the Ministry of Education, Culture, Sport, and Technology (MEXT) in Japan. The authors are also grateful to the technicians of the Sialon Unit for their help in the phosphors synthesis, to MANA for its help in EDS measurements and to K. Nakagawa for the help in the CL system.
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 |