Yöntem makalesi

(Oxy) Nitrit Fosforilazın için düşük enerji Katodolüminesans

12.9K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/54249

⸱

15 Kasım 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Graduate School of Pure and Applied Science, University of Tsukuba, 2CNRS — Saint-Gobain, UMI 3629, Laboratory for Innovative Key Materials and Structures (LINK), 3Nano Device Characterization Group, National Institute for Materials Science (NIMS), 4Sialon Unit, National Institute for Materials Science (NIMS)

Bu makalede

Özet

(Oksi) nitrür fosfor mükemmel bir kimyasal ve lüminesans stabiliteleri şu anda sülfür ve oksit fosforlar kullanılan bir umut verici bir alternatif olarak sunmak. Bu yazıda düşük enerjili katodolüminesans (CL) kullanarak yerel lüminesans özelliklerini araştırmak için bir yol sunuyoruz.

Özet

Nitrür ve oksinitrür (Sialon) fosfor ultraviyole ve görünür emisyon uygulamaları için iyi adaylardır. Yüksek performans, iyi stabilite ve emisyon özellikleri esnekliği kendi bileşimi ve takviye maddesi kontrolü ile elde edilebilir. Bununla birlikte, çok iş hala özelliklerinin geliştirilmesi için ve üretim maliyeti azaltmak için gereklidir. Olası bir yaklaşım büyüme parametrelerini optimize ve yeni fosforlar bulmak için kendi yerel yapısal ve kimyasal çevre ile Sialon parçacıkların lüminesans özelliklerini korelasyon olduğunu. Böyle bir amaç için, düşük voltajlı katodolüminesans (CL) mikroskopi güçlü bir tekniktir. bir uyarım kaynağı olarak elektronun kullanımı doğrudan diğer elektron-tabanlı teknikler ile CL sonuçları karşılaştırılarak, mekansal ve derinlemesine onların lüminesans dağılımını açığa lüminesans merkezlerinin en tespit ve st altında lüminesans özellikleri istikrar soruşturma sağlarArş. fosfor karakterizasyonu için bu tür avantajlar düşük enerjili CL tarafından birkaç Sialon fosfor üzerinde soruşturma örneklerle vurgulanacaktır.

Giriş

Son zamanlarda, daha fazla dikkat çevre sorunları, özellikle enerji üretimi ve tüketimi için ayrılmıştır. Bu toplum ihtiyaçlarına cevap vermek, enerji üretimi geleneksel kaynaklardan enerji tüketimini azaltarak ya da yeni çevre dostu malzemelerin geliştirilmesi, demek ki "yeşil" olması gerekir. Işık yayan diyotlar (LED'ler) ve saha emisyon görüntüler (Sıkıntılar) nedeniyle kompakt, civa gaz deşarj floresan aydınlatma veya plazma ekranlar 1-5 fiili ekranlara kıyasla geliştirilmiş performans ve düşük güç tüketimi önemli ilgi var. LED ve FED'in ışık kaynağı için anahtar faktör, yüksek verimli fosfor olduğunu. Nadir toprak katkılı fosfor fotonların uyarma (ultraviyole (UV), mavi ışık), elektronlar (elektron ışın demeti) veya elektrik alan altında ışık yayarlar bir konak kafes ve nadir toprak güçlendiricilerin oluşan inorganik maddelerdir. Yüksek verimli fosfor için gereksinimleri şunlardır: 1) yüksek converFarklı uyarma kaynakları ile sion verimliliği; Düşük ısı söndürme 2) iyi bir istikrar; tam renkli-tekrarlanabilirlik ile 3) yüksek renk saflığı. Ancak, fosfor, sadece çok sınırlı sayıda anda bu minimum gereksinimleri karşılayabilir. sülfit tabanlı olanlar, düşük kimyasal ve termal kararlılıkları varken şu anda kullanılan oksit bazlı fosfor, görünür ışık spektrumunun düşük emme var. Ayrıca, elektron veya cihaz kullanım sınırlar çevre atmosferi altında bozulma gösterir. kendi renk saflığı ve verimliliği sınırlı olduğundan, yüksek renk işleme indeksi (CRI) Işıklı cihazlar gerçekleştirilmesi için kullanılmak üzere onların zorlaştırır. Sonuç olarak, yeni fosfor araştırılması gereklidir.

Nadir toprak katkılı nitrür ve oksinitrür (Sialon) fosfor istikrarlı kimyasal bağ yapıları dayalı olağanüstü termal ve kimyasal kararlılık ile iyi adaylar olarak kabul edilir. Stokes kayması güçlü la'da küçülürttice ve yüksek dönüşüm etkinliği ve fosfor 6-9 küçük bir termik söndürmeye yol açar. Genel olarak bu tür Eu 2+ veya Yb + 2 ve Ce 3+ gibi iki değerlikli nadir toprak iyonları, lüminesans doruk pozisyonu nedeniyle, ev sahibi kafesin ile değişen geniş bir bant 5d-4f, elektronik geçişleri ilişkilendirilir ve oluşmaktadır 5d orbitalleri ve kristal alanı arasındaki güçlü etkileşim. Bağlı özelliklerine, dalga boyu ayarlanabilir lüminesans ev sahibi kafes (Şek. 1) 'de, kimyasal olarak nadir toprak iyonlarının doğası ve konsantrasyonunun değiştirilmesi ile elde edilir. Böylece, Sialon fosforlar beyaz LED UV Sıkıntılar mavi-yeşil-kırmızı fosfor sistemi ve uygulamaları kullanarak yüksek CRI gerçekleştirilmesi için kullanılabilir.

Sialon fosfor umut verici maddeler, bu tür roman yapıları bulma ve yapımları maliyetini azaltmak olarak bir sürü iş olmasına rağmen hala gereklidir. sin optimizasyonu açısından zorluklar ayrıca, bağlımetreler koşulları, Sialon fosforlar genellikle ikincil fazlar 18-20 ihtiva etmektedir. Bu lokalize yapılarının incelenmesi sinterleme mekanizmasını anlamak ve sinterleme koşulları optimize etmek ve böylece Sialon fosfor optik özelliklerinin geliştirilmesi için önemlidir. Bu hedefler, düşük enerjili katodolüminesans (CL) tekniği ile elde edilebilir.

CL parlak bir madde ile ışınlanması elektronlar foton emisyon neden olan bir olaydır. foton uyarılması ile indüklenir Fotolüminesans (PL), aksine, uyarım alanı nanometre ölçeğinde belli bir emisyon prosesleri, elektron ışınlı heyecanlandıran geliştirmek milimetre ve seçici uyarılmalar amacıyla, genellikle ve malzemede bulunan tüm lüminesans mekanizmalarını aktive farklı parlaklık özellikleri 10-12 farklı fazların tespitine olanak olabilir. Ayrıca, olay elektronlar sadece CL sinyali üretebilirancak malzemelerin farklı bilgi Yansıyan bu gibi elektron Auger ya da X-ray gibi çeşitli sinyaller. Bu nedenle, yapı, kimyasal veya elektrik özellikleri de elde edilebilir. Sialon fosfor 14-20 yerelleştirilmiş yapıların kökenli daha iyi anlaşılması CL sonuçları ile bu tekniklerin bir kombinasyonu.

CL araştırmalar elektron ışını kaynakları 13 farklı aracılığıyla gerçekleştirilebilir. Günümüzde, taramalı elektron mikroskobu (SEM) CL ölçümleri gerçekleştirmek için en yaygın sistemdir. Aşağıda, esas olarak bu sistemi görüşmek üzere gidiyoruz. Şekil l'de görüldüğü gibi. 2, CL ölçümleri bir elektron kaynağı (SEM), bir ışık toplayıcı (optik elyaf ve monokromatör) ve bir saptama sistemi ile gerçekleştirilir. Algılama sistemi, sırasıyla paralel algılama modu ve seri algılama modu içindir, bir yükle-birleştirilmiş cihaz (CCD) bir foto-çoğaltıcı tüp (PMT), oluşmaktadır.Genel olarak, numune alınan ışık yarık ile ayarlanır ve ardından monokromatör ızgara ile dağıtılır. Numunenin Toplanan ışık CCD (paralel algılama modu) üzerine dağıldığı, her emisyon dalga boyu, aynı anda tespit edilir. dağılmış ışığın belirli dalga boyu bir yarık (seri algılama modu) seçildiğinde, bunun yoğunluğu monokromatik görüntüler oluşturmak için PMT tarafından kaydedilir.

Bu yazıda, ağırlıklı olarak Sialon fosfor karakterizasyonu için bir düşük enerjili CL kullanımını vurgulamak, temsili, AlN 14, 22, Ca-katkılı (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (Si-katkılı N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) 15, Si / AlN 16, 17 Eu-katkılı ve La 5 Si 3 O 12 N malzemeler Ce-katkılı. argon iyon ışını (CP yöntemi) kullanılarak kesit parlatma yöntemi daha az yüzey hasarı ile daha geniş parlatma alanı nedeniyle katmanlı yapıların, gözlemlemek için yararlı bir yöntemdir. Ofosfor yerel yapısının bir soruşturma yapılmamıştır. Diğer elektron tabanlı teknikleri ve lüminesans stabilitesi incelenmesine CL korelasyon tasvir edilecektir.

Protokol

1. Örnekler

  1. fosfor sentezi
    1. beklenen kimyasal reaksiyonlar dayanan başlangıç ​​maddeleri ve bunların ağırlıklarının belirlenmesinde, ürün tasarımı. Tam da ham başlangıç tozları 14-20 kilo.
    2. Ezmek ve elle bir akik havanda karıştırın. Ham tozlar kalitesine bağlı olarak, mümkün olduğu kadar homojen bir karışım elde etmek için 15-30 dakika karıştırın. Bir bor nitrür potaya toz karışımı paketleyin.
      Not: son ürün veya ham tozlar olarak, çok düşük bir oksijen konsantrasyonuna sahip, inert gaz altında, bir eldivenli kutu içinde 1.1.1-1.1.2 adımları tekrarlayın hava içinde kararsız olan.
    3. bir grafit ısıtıcı ile bir gaz basınçlı sinterleme fırınında toz karışımı yangın. sabit ısıtma oranında örnekleri ısıtın. odasına önceden belirlenmiş azot gazı (% 99.999 saflıkta) tanıtmak ve aynı anda istenen değere sıcaklığını yükseltmek.
      NOT: Sinte süresince aynı şartlarda tutun halka. Isıtma sıcaklığı ve süresi malzemeleri 14-20 bağlı olarak farklılık gösterir.
    4. ateş sonra, gücü kapatın ve numuneler fırının içine soğumasını bekleyin. ince parçacıkların elde kadar elle de bir akik havanda sinterlenmiş tozları Crush.
  2. Enine kesit
    1. reçine, 300 mg ve sertleştirici 30 mg fosfor 150 mg karıştırın. bir silikon kalıba dökün ve karışım oksijen buharlaştırılması için vakumda 30 dakika süreyle 60 ° C sıcaklıkta pişirilir.
    2. toz gömülü yonga imal etmek için havada 60 dakika süreyle 100 ° C de daha bir silikon kalıbına yerleştirildi ve pişmiş. ısıtma sırasında, tozların çoğu, yüksek malzeme yoğunluğuna altında yatırılır.
    3. ayna yüzey elde etmek için kullanışlı-tur ve Ar iyon kesit parlatıcı ile çip alt tarafının yüzünü cila. kalıplı tozların yüksek miktarda tozlarının iç yapısının daha iyi gözlem sağlar.
jove_title "> 2. Katodolüminesans

  1. Örnek ve set-up hazırlığı
    NOT: CL temassız tekniğidir gibi, ölçüm kendisi için özel bir gereklilik yoktur. Hazırlık ölçüm amaçlarına bağlıdır. Bu durumda, sayısal ölçümler için, karbon kasete tozların büyük miktarda koymak için tercih edilen ya da bir film yapılabilir. Nitel ölçümler için, izole edilmiş parçacıklar araştırılması çözeltisi içinde TEM için bir karbon kasete tozu küçük bir miktar koyarak ya da dağıtma tozu, etanol içinde ve bir alışılmış bakır mikro ızgara yükselmekte tarafından tercih edilebilir.
    1. Referans aşamasında (12 mm) ile numunenin üst hizalamak için örnek aşamasında yüksekliğini ayarlayın.
    2. odasına örnek sahne yerleştirin. elektron tabancası ve örnekler arasındaki elipsoidal ayna yerleştirin. Numuneler ayna kirleten veya kırılma önlemek için elipsoidal ayna temas etmediğinden emin olun.
    3. serin doldurunSıvı N2 ile dedektörlerin rezervuar ing. dedektör açın. CL ölçümleri başlatmak için dedektörler sıcaklık ahır kadar bekleyin. ölçümü için ideal sıcaklık 110 K NOT: Sıcaklık yazılımı kontrol edilebilir.
  2. CL ölçümleri
    Not: elektron ışını şartları, elektron ışını enerjisi ve ışın akımı, özellikle de seçilir. Bu koşullar, numunelerin beklenen lüminesans şiddeti, gözlenen şarj, lüminesans bozulma ve derinlemesine analiz önemli işlevi seçilmelidir.
    1. Eğer SEM ve / veya CL spektrumunu almak istiyorum elektron-ışını yerleştirin. net ve keskin bir görüntü elde etmek için belirli bir şekil ve doğru astigmatizma ortaya çıkarmak için görüntüyü odaklayın. sahne yüksekliği ve çalışma mesafeyi ayarlayın. büyütülmüş görüntü üzerinde, y stigmators x kullanarak astigmatizma düzeltin. CL edinimi için yazılımını başlatın.
    2. ayna konumunu ve optimizeNumune yüksekliği CL spektrumları için en güçlü yoğunluğu elde etmek için. Bunu gerçekleştirmek için, "gerçek zamanlı ölçümü" üzerine tıklayın ve yazılım "Sürekli modu" seçeneğini seçin. "Ön tarafı" CCD dağınık ışık göndermek ve hızlı CL spektrumları almak için monokromatör aynayı ayarlayın. SE görüntü odaklı tutmak ve CL yoğunluğunu artırırken yavaş yavaş ayna konumunu ve örnek yüksekliğini değiştirmek.
    3. Geniş bir alana CL spektrumları için "gerçek zamanlı ölçüm" ikonuna tıklayın ve yazılım "one-shot modu" seçeneğini seçin. CCD yayılan ışık göndermek için ışık algılama sistemi yapılandırın. numune bağlı olarak, en uygun yoğunluk / spektral çözünürlüğü elde etmek için ızgara, yarık genişliği ve ölçüm toplama zamanı seçin.
    4. CL monokrom görüntüleme için, "resim ölçümü" ikonuna tıklayın ve yazılım "PMT detektörü" seçeneğini seçin. monokromatör a ayna ayarlamas "arka taraftaki" PMT dedektöre dağınık ışık göndermek ve bir yarık eklemek için. numune bağlı olarak, çözünürlük, büyütme, arzu toplama dalga boyu ve saati seçin. Resmi dondurun ve yazılım gönderin.
    5. Yerel CL analizi için, ilk olarak SE veya CL görüntü almak. "Ölçme" ikonuna tıklayın resmin üzerine spektrumları almak için pozisyon seçin. CCD yayılan ışık göndermek için ışık algılama sistemi yapılandırın ve sonra CL spektrumları alır.
    6. CL zaman evrim, "zaman bağımlılık ölçümü" ikonuna tıklayın ve yazılım "CCD" seçeneğini seçin. CCD dedektör yayılan ışık göndermek için ışık algılama sistemi yapılandırın. yazılıma bağlı olarak, örneğin, 360 spektrumları her 10 sn spektrumları ve 2 ölçümler arasındaki zaman numaralarını seçin.

Sonuçlar

lüminesans sadece yanal hem de derin dağıtılmaktadır. Bu olay elektronların 21 penetrasyon derinliğini değişir çünkü böyle bir çekirdek yüzey dağılımı, elektron enerjisi değiştirerek CL ile gözlemlenebilir. Ancak, penetrasyon derinliği her malzeme için değişir ve elektron enerjisi ve penetrasyon derinliği arasında yazışmalar doğrusal değildir ve bu tür malzemenin kendisi tarafından derin bölgelerden daha yüksek enerji foton reabsorbsiyonuna gibi bazı ek etkileri, tanıtmak olabilir. Nedenle, doğrudan kesit gözlem yoluyla ana yüzey dağılımını gözlemlemek için tercih edilebilir. fosfor tozlar durumunda, bu gözlem, örneğin kesit parlatıcı bir reçine ve cila olarak toz reçine kompozit partiküllerin yakalanmasına ile elde edilebilir. parçacıkların rastgele reçine dağıtılan bu yana, kesme yönü kontrol değil. Bununla birlikte, parçacıkların yüksek miktarda birYeterli parçacıkların kesme llows böyle bir analiz geçerli hale getirmek için.

Bu noktayı göstermek için, Si katkılı AlN tozu lüminesans dağılımını araştırdık. 5a% 0.0 ve Si% 1.6 katkılı AlN tozlarının CL spektrumları göstermektedir. AlN o 280 nm'de net bir omuz ile 350 nm'de bir grubun% 1.6 katkılı ise katkısız AlN emisyonu, 350 2 grup ve 380 nm oluşur. 350 ve 380 nm bantlar SiO buharı 22 oluşturmak için Si etkilenen O-saflaştırılmış AlN ile 280 nm'de omuz. 5b Şekil ve CL göstermek 5c ise, Al boşluk oksijen kompleksleri (O N -V Al) atfedilen olarak sinterlenmiş ve 280 nm 'de alınan görüntüler, sırasıyla Si% 1.6, katkılı AIN tozlar enine kesitli. 280 nm emisyon olarak sinterlenmiş numunenin CL görüntüsünden parçacıkların boyunca üniform olmayan bir parlak alanlar par kenarlarında gibi görünüyorticles, ama parçacıkların morfolojileri ve bunların dağılımı gibi gözlemler çok açık değildir yapabilir. Bununla birlikte, enine kesit numunenin CL görüntüden, 280 nm emisyon esas olarak AIN parçacıkları Aslında devam edilebilir Si zengin tabaka ve yüzey temizleme ile kaplanır düşündüren parçacıkların yüzeylerinde lokalize olduğunu açık bir şekilde görülmektedir.

Sialon fosfor Yerel kompozisyon değişimleri büyük ölçüde lüminesans özelliklerini etkileyebilir. Bu nedenle, farklı ev sahibi kafeslerin veya farklı sitelerde aynı nadir toprak iyonu, farklı emisyon 15,18-20 verebilir. Ancak, ne yazık ki, bu tür bir sıcaklık dağılımında veya hammadde oranı, ya da partiküllerin yüzeyinin kısmi oksidasyon gibi sinterleme sırasında yerel farklılıklar, parçacıklar ve / veya birlikte bileşimin değişiklikler ile sonuçlanır beklenen birkaç aşamadan birlikteliği. Bu etkiler di olmayabiliryapısal ve kimyasal karakterizasyon teknikleri ile düzgün biçimde gözlemlenebilir. Böylece, bir fosfor yerel lüminesans özelliklerini araştırmak önemlidir. Bir SEM elektron huzmesinin boyutu ve konumunun kesin kontrol ile bir nano ölçekli bölgesinden bir CL spektrumunu elde etmek için değil, aynı zamanda parlaklık merkezlerinin yüksek çözünürlüklü CL görüntüler elde etmek için, sadece mümkündür.

(La, Ce), Al (Si 6-z El Z) (10 N-Z O Z) (Z ~ 1) (JEM) genel aydınlatma için uygun olan bir yoğun mavi fosfor olup. Bu Ca tarafından (La, Ce) değiştirerek, kırmızı kayma ve CL zirveleri genişlemesi Ca-doping göre meydana görülmüştür. Ca Ce 3+ kristal alan yarılma etkiliyordu inanılıyordu. Kesit yerel analizi ile ortaya Ancak, sadece ışıma spektrumları dayalı bu açıklama,, yanıltıcıdır. 15 Şekil 6 çapraz sn gösterirtional SE (CS-SE) 0 katkılı JEM fosfor 5 kV alınan 300 nm (kırmızı), 430 nm (mavi) ve 540 nm (yeşil) ve yerel CL spektrumları kombine CS-CL görüntüleri (a, b, c) ve 0.69 (d, e, f) de. sırasıyla, Ca%. Bu dalga boyu birkaç grupları mevcut durumda üst üste bantları azaltmak için seçilmiş olduğu belirtilmektedir zorundadır. Ca-katkısız numune CS-CL görüntü için, JEM partiküller birbirleri ile aglomere birçok parçacıklar oluşur. 430 nm'de lüminesans neredeyse eşit bazı parlak alan ve 300 nm lokalize alan bazı ile dağıtılmaktadır. Öte yandan, tane sınırları koyu emisyon göstermektedir. Yerel CL analizi spektral şekil resim ile iyi bir anlaşma 430 nm ve spektral yoğunluğu 450 ila bantları bir kayma ile, herhangi bir pozisyonda nispeten karşılaştırılabilir olduğunu ortaya koymaktadır. Ca-katkılı CS-CL görüntü için, 430 ve 540 nm arasında önemli farklılıklar vardır. Mikronaltı yamalar açıkça büyük bir po boyunca 300 ve 540 nm'de parlak görünür430 nm emisyon partiküllerin bir bölümünde lokalize ise koyu tanecik sınır bölgelerinde parçacıkların rtion. Yerel analiz ederek, bir 430 nm parlak alanı (nokta 3) alınan CL spektrum Ca-katkısız numune için gözlemlenen biri karşılaştırılabilir 440 nm'de bir grup, oluşur. aynı parçacık gömülü 540 nm'de aydınlık alanlar, (puan 1 ve 4) 480-490 nm'de bir bant gösterir. 300 nm (madde 2) ve koyu tane sınırı bölgesinde (nokta 5) küçük parlak alanlar bazen emisyon 310 nm ile 480 nm omuz ile 440 nm dalga boyunda bir bant gösterir. Edebiyat ve XRD analizine dayanarak, biz α-SiAlON 23 3+ Ce 480 nm JEM 22 ve ki Ce 3+ yaklaşık 430 nm'de merkezli grup özellik olabilir. Koyu geniş emisyon β-SiAlON içinde Ce 3+ ile oluşan ve 310 nm SiAlON ev sahipliği malzemedir. Bu sonuçlar, kırmızı kayma ve Ca doping göre CL zirvelerinden genişletilmesi isnat edilemez olduğunu kanıtlamakCe 3+ kristal alan bölme Ca-kaynaklı değişikliklere başlangıçta düşündüm, ama aynı parçacıklar içinde farklı fazların arada ve Ca doping ile-SiAlON a için β-SiAlON tedrici dönüşümü daha.

farklı emisyon merkezlerinin gözlem ve bunların dağılımı düşük enerjili CL ile mümkündür, tamamen lüminesans merkezlerinin doğasını anlamak için yeterli olmayabilir rağmen. Bu gibi durumlarda, diğer tekniklerle CL ölçümleri birleştirmek gerekmektedir. Olay elektronlar CL yanında diğer sinyalleri üretebilir yana, doğrudan farklı elektron ışını teknikleri ile aynı alanı inceleyerek, elektrik, kimyasal veya yapısal özellikleri ile ışık emisyonu ilişkilendirmek mümkündür. Böylece, yüksek çözünürlüklü TEM ile CL (HRTEM) ve Ebiç korelasyon gibi çıkıkları veya istifleme hata olarak kusurları, karakterize etmek için kullanılır olmuştur. gelincekonsantrasyon / bileşimde değişimi, TEM, EDS ya da Auger spektroskopisi CL kombinasyonu lüminesans kökenli daha iyi anlaşılması ile sonuçlanabilir.

Burada, Si katkılı AlN tozu emisyonu inceleyerek bu yönünü göstermektedir. Şekil 7 gösterir CS-CL ve CS-EDS görüntüleri (a, b) ve yerel spektrumları (c, d)% 4,0 Si katkılı AlN parçacığın doping. CS-EDS görüntü Si ve Al dağılımının süperpozisyon oluşur ise CS-CL görüntü, 350 nm'de alınmıştır. CS-CL Görüntü partiküllerin merkezinde koyu uzun bir yapı göstermektedir. Parlak bölgesinde alınan yerel CL spektrumları 280, 380 omuzları ile 350 nm ve 460 nm 'de güçlü bir tepe oluşur. Ancak, konumu ile bu farklı bantlar arasındaki oranlarda net değişiklikler vardır. 350 nm 'de parlak bir emisyon gösteren Alanı (nokta 1) m ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir 280 nm emisyon ve daha küçük 460 nm emisyon gösterir350 nm'de ain bant koyu uzun yama ise (nokta 2), 350 nm 'de ana grup ile karşılaştırıldığında daha küçük bir 280 nm emisyon ve daha yüksek 460 nm emisyon gösterir. 460 nm AlN 24 kusurları Si-uzlaşmacı kaynaklanmaktadır. EDS görüntüleri ve yerel spektrumları koyu uzatılmış alan parçacıkların geri kalanına oranla daha küçük bir Al ve daha yüksek Si kompozisyon gösterdiğini de ortaya koymaktadır. Şekil 5'de görülen sonuçlarla karşılaştırıldığında, AlN halinde Si miktarını arttırarak, ikincil reaksiyon, SiAlON fazlarının oluşumunu indükler Si ve AIN, arasında meydana varsayabiliriz.

cihazlarda kullanılan bir malzeme için iki önemli parametre stres altında malzemelerin yüksek performans ve kararlılık vardır. Gerçekten de, yük altında malzeme özelliklerinin bir bozunma endüstriyel açıdan geçerli değildir ömrünü azaltacaktır. Bu durumda, bu katot ışınlı tüpler (CRT) ve federallere elektron ışınlı uyarılmış aygıtlar için, bu nElektron ışınlı ışınlama dayanıklı fosforlar geliştirmek ve / veya önlenmesi veya bu gibi etkileri azaltmak için elektron ışınlı kaynaklı mekanizmaların anlaşılması ecessary. Lüminesans bozulması farklı mekanizmalar, bu tür adsorpsiyon / desorpsiyon veya yüzeyler, oluşturma veya kusurların aktivasyonu, vb 25-27 de şarj yoluyla oluşabilir. Bu değişik yoğunluklarda CL sonuçlar nicel analizi karmaşık olsa da, optoelektronik aygıtların kullanım araştırmak için kullanılabilir.

Bu noktayı göstermek için, CL spektrumları ve iki mavi yayan fosfor evrimler var, Ce-katkılı La 5 Si 3 O 12 N ve Si / Eu katkılı AIN. Şekil 8a Ce-katkılı La 5 Si için CL spektrumlarını göstermektedir 3 O 12 N ve Si / 5 kV ışınlama 20 saniye sonra AİN Eu katkılı. Her iki örnek yoğun bir mavi emisyon gösterir: Ce-katkılı La 5 Si 3 O 12 N, sırasıyla 456 nm ve 3270 cps vardır. Ce-katkılı La 5 Si 3 O 12 N emisyon birkaç grup bir arada nedeniyle büyük olduğundan bir priori, bu 2 numuneler arasındaki temel fark, emisyon broadness olduğunu. Böylece, her iki malzeme Sıkıntılar için mavi yayan fosforlar olarak uygundur ve biz imalat maliyeti, diğer fosfor uyumluluk veya elektron demeti ışınlama altında lüminesans özellikleri istikrar gibi kriterleri göz önünde bulundurmanız gerekir olduğunu belirlemek için görünüyor en uygun. Şekil 8b 5 kV elektron ışını ışınlama sırasında Ce-katkılı La 5 Si 3 O 12 N ve Si / Eu katkılı AlN CL yoğunluk evrimler gösterir. La 5 si 3 O 12 N Ce katkılı için, yoğunluk 5 dakika içinde 3.270 ila 450 cps ve 60 dakika içinde 95 cps azalır. Yani, 3.600 sn altında5-kV ışınlama, yoğunluğu başlangıç ​​yoğunluğu fazla% 95 azalır. Si / Eu katkılı AIN için, yoğunluk, 60 dakika içinde 3.100 2.500 cps, bu başlangıç ​​yoğunluğu% 20 olmak üzere bir azalma azaltır. Bu sonuçlar, Si / Eu katkılı AIN 3 O 12 K daha yüksek kararlılığından dolayı CE-katkılı la 5 Si çok daha iyi bir aday olduğunu göstermektedir.

figure-results-1
Şekil 1: nadir toprak katkılı SiAlON fosfor Işıma farklı fosfor Resimleri görünür (a) ve ultraviyole (b) ışık altında.. (C) farklı konakçı örgülerde Eu 2+ normalize CL spektrumları. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

page = "1"> figure-results-2
Şekil 2: CL Kur SEM CL ile sistemin (a) Fotoğraf, insetle elipsoidal ayna bir fotoğraf.. (B) ışık algılama sistemi şematik görüntüsü. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 3: SiAlON fosfor hazırlanması başlangıç tozlar, ağırlık ve sinterleme koşulları: (a) belirlenmesi;. (B) ham tozların karıştırılması; (C) toz karışımının sinterlenmesi; (D) öncesi ve ezme sonra Sinter tozlar.target = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 4:. Kesit preparat, (a) karışım içinde reçine ve sertleştirici ve buharlaştınlır hava ile tozların karışımı. Bir silikon kalıp ve ısıtma içine dökülmesi, (b). Kullanışlı-kucağında ve Ar-iyon kesit parlatıcı ile cips (c) parlatılması. Kesit cilalı Ölçüm alanı (d). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 5:. Si-katkılı AlN Çekirdek kabuğu dağılımı (a) AlN tozlarının CL spektrumları 5 kV Si% 1.6 katkılı. (B - c). CL görüntüleri 5 kV ve (b) ve Si% 1.6 katkılı kesitli (c) AlN tozlar, sırasıyla sinterlenmiş için 280 nm alınan tıklayınız Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için .

figure-results-6
Şekil 6:. Ca-katkılı JEM fosfor Yerel analizi CS-SE, 300 nm (kırmızı), 430 nm (mavi) ve 540 nm (yeşil) ve yerel CL spektrumları kombine CS-CL görüntüleri JEM fosfor 5 kV alındığı 0 (a, b, c) ve 0.69 (d, e, f) en katkılı. sırasıyla, Ca%.ig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-7
Şekil 7:.. Si doping% 4,0 ile katkılı AlN parçacığın Si katkılı AIN CS-CL ve CS-EDS görüntüleri (a, c) ve yerel spektrumları (b, d) CL ve EDS karşılaştırma bir görüntülemek için tıklayınız Bu rakamın daha büyük bir versiyonu.

figure-results-8
Şekil 8:. İki mavi fosfor Lüminesans kararlılığı (a) Ce-katkılı La 5 Si 3 O 12 N ve CL spektrumları Si / 5 kV ışınlama 20 saniye sonra AİN Eu katkılı. (b 5 kV elektron ışını ışınlama sırasında La 5 Si 3 O 12 N Ce-katkılı Si / Eu katkılı AlN CL yoğunluğu) Evrim. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Tartışma

Sialon fosfor düşük enerjili CL karakterizasyonu bu temsili örnekler aracılığıyla, biz fosfor soruşturma için güçlü ve hızlı bir tekniktir nasıl olabilir göstermiştir. CL ölçümleri ve haritalama yerel ölçüm numune hazırlama esneklik yararlanarak ve diğer tekniklerle CL birleştirerek, biz, daha doğru ışıma kökenlerini özellik büyüme mekanizmalarını açıklamak ve uygulamalar için en uygun fosforu belirleyebilir. Bu sonuçlar nedeniyle ölçüm toplama zamanı, hassasiyet ve uzaysal çözünürlüğü artırmak elektron mikroskobu gelişmeler ve hafif dedektörler, esas olarak elde edilebilir.

Sialon fosfor ve CL alanları Hem doğal olarak bu yazıda sunulan yönlerine sınırlı değildir. Aşağıda, tartışma büyütmek için, ayrı ayrı onlar hakkında biraz daha görüşmek üzere gidiyoruz.

vaka o daf Sialon fosfor, üstün parlaklık ve kararlılık özellikleri ile, daha ve aydınlatma uygulamaları için daha fazla ikinci el ediliyor. Ancak, onlar da çok ilginç mekanik, termik, manyetik, süperiletkenlik, elektrik, elektronik, ve bunların bileşimini değiştirerek ayarlanmış olabilir optik özellikler sergiler. Böylece, aynı zamanda, biyo-tıbbi görüntüleme 29 için yansıma önleyici kaplamalar, güneş emiciler, ısı aynalar, renk pigmentleri, görünür ışık kaynaklı fotokatalizörlerin şeffaf pencereler ve zırh veya flüoresan probları olarak geniş bir uygulama yelpazesi bulunmaktadır. Biz böyle verimli, vb Ancak, doğal kaynakların tasarrufu, çevre kirliliği azaltarak, hidrojen ekonomisi gerçekleştirerek, bir sürü iş güneş enerjisi hasat gibi birçok enerji ve çevre ile ilgili yönleriyle önemli roller oynamak için gidiyoruz tahmin edebiliriz hala bu tür Decré olarak, üretim maliyetini azaltırken özelliklerini geliştirmeye devam etmek gereklidirSinterleme sıcaklığı asing veya nadir toprak iyonlarının kullanımını sınırlar. Bu yeni Sialon fosforlarını bulma ve özelliklerine kompozisyon ve büyüme koşulları rolünü açıklığa kavuşturulması ile sağlanabilir. Biz CL bu hedeflere ulaşmak için önemli bir rol oynayabilir gördük. Fakat son yeni yaklaşımlar da çok umut verici olanakları ortaya koymuştur. Bu yaklaşımların ikisi time-of-flight ikincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS TOF-) ve tek parçacık konulur. TOF-SIMS mekansal iz düzeyinde türlerin tespiti değil, aynı zamanda oksidasyon durumunda 31 farklılıkları sadece sağlayan yüksek hassasiyet, ile tüm kütle spektrumu çözmek mümkün. tek parçacık tanı küçük tek bir kristal olarak karmaşık bir karışım içinde tek bir ışık yayan parçacık tedavisinde oluşur ve süper çözünürlük tek-kristal X-ışını kırınımı vasıtasıyla tek parçacık floresan optik ve yapısal özelliklerini araştırmak için 31.

düşük enerjili CL karakterizasyonu için olduğu gibi, bu çalışmada, biz esas olarak bu tür yarı iletkenler, nanoyapılarda, organik malzeme olarak, Sialon fosfor için CL kullanımı üzerinde yoğunlaşmıştır ve seramikler. CL optoelektronik malzemelerin nitelik karakterizasyonu için çok değerli bir tekniktir, ancak, diğer taraftan, aynı zamanda niceliksel ölçümler için bazı önlemler neden olur. Gerçekten de, CL sonuçlar uyarım koşulları, ışın akımı ve elektron enerjisi ile, aynı zamanda incelenen maddelerin 25 miktarına da bağlıdır. Bu nedenle, bu parametrelerin küçük değişimi belirgin bir biçimde CL yoğunluğu değişebilir. Buna ek olarak, elektron ışınlı ışınlama örnekleri zarar olasılığını arttırabilir. Bu yoğunluk ciddi bir değişikliğe neden, ya da kantitatif CL ölçümlerin güvenilirliğini etkileyebilecek yeni lüminesans merkezlerinin yaratılması / aktivasyonunu neden olabilir. malzemeler cha içinde CL gelişimiracterization ve kuvvetli elektron ışını mikroskobu iyileştirmeler ve hafif dedektör ile ilgili olacaktır. Nedenle, TEM gerçekleştirmek mümkündür. Bu örneğin 32-34 için, daha yüksek bir uzaysal çözünürlüğü ve elektron demeti uyarılan atom yerinden kaynaklanan mikro değişikliği ile birlikte ışıldama değişim parlaklık değişimi yerinde gözlem doğrudan gözlem sağlar. Ayrıca, optik dedektör ile senkronize bir in-sütunun kiriş Blanker ilavesi ile, bir elektron mikroskobu 35 içine çürüme profil ölçümleri yapan sağlar darbe modunda, elektron-ışını kullanmak artık kullanılabilir. Aynı zamanda darbeli elektron demeti ışınlama kullanımı kantitatif ölçümlerin güvenilirliğini artırmak ve elektron-ışını duyarlı malzemelerin karakterizasyonu yardımcı olacaktır hasar kaynaklı elektron ışını, azaltabileceğini düşünülebilir. Bu 2 örnek gelecekte artırabilir nasıl CL analiz göstermektedir.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma kısmen Japonya'daki Eğitim, Kültür, Spor ve Teknoloji Bakanlığı'nın (MEXT) Yeşil Mükemmellik Ağı (GRENE) projesi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca fosfor sentezindeki yardımları için Sialon Birimi teknisyenlerine, EDS ölçümlerindeki yardımları için MANA'ya ve CL sistemindeki yardımları için K. Nakagawa'ya minnettardırlar.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
SEMHitachiS4300
Üçlü ızgaralı monokromatörHoriba Jobin-YvonTriax 320
FotoçoğaltıcıHamamatsuR943-02
2048 kanallı şarj bağlantılı cihazHoriba Jobin-Yvon Grafit ısıtıcılı Spectrum One
Gaz basınçlı sinterleme fırını Fujidempa Kogyo Co., Ltd.FVPHR-R-10, FRET-40
Silikon kalıp LADD21780
Ar-ion kesit parlatıcıJEOLSM-09010
EDSBRUKERXflash6/100
ReçinelerJEOLParça No 780028520

Kaynaklar

  1. 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).
  2. Holloway, P. H., et al. Advances in field emission displays phosphors. J. Vac. Sci. Technol. B. 17 (2), 758-764 (1999).
  3. Itoh, S., Tanaka, M., Tonegawa, T. Development of field emission displays. J. Vac. Sci. Technol. 22 (3), 1362-1366 (2004).
  4. 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).
  5. McKittrick, J., Shea-Rohwer, L. E. Review: Down Conversion Materials for Solid-State Lighting. J. Am. Ceram. Soc. 97 (5), 1327-1352 (2014).
  6. Smet, P. F., Parmentier, A. B., Poelman, D. Selecting Conversion Phosphors for White Light-Emitting Diodes. J. Electrochem. Soc. 158 (6), 37-54 (2011).
  7. 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).
  8. 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).
  9. George, N. C., Denault, K. A., Seshadri, R. Phosphors for Solid-State White Lighting. Annu. Rev. Mater. Res. 43, 481-501 (2013).
  10. 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).
  11. Dierre, B., Yuan, X. L., Sekiguchi, T. Low-energy cathodoluminescence microscopy for the characterization of nanostructures. Sci. Technol. Adv. Mater. 11 (4), 043001(2010).
  12. García de Abajo, F. J. Optical excitations in electron microscopy. Rev. Mod. Phys. 82 (1), 208-275 (2010).
  13. Yacobi, B. G., Holt, D. B. Cathodoluminescence scanning electron-microscopy of semiconductors. J. Appl. Phys. 59 (4), 1-24 (1986).
  14. Cho, Y., et al. Influence of Si on the particle growth of AlN ceramics. Appl. Phys. Express. 7 (11), 115503(2014).
  15. 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).
  16. Hirosaki, N., et al. Blue-emitting AlN : Eu2+ nitride phosphor for field emission displays. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 061101(2007).
  17. Dierre, B., et al. Role of Si in the Luminescence of AlN :Eu,Si Phosphors. J. Am. Ceram. Soc. 92 (6), 1272-1275 (2009).
  18. 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).
  19. Dierre, B., et al. Luminescence distribution of Yb-doped Ca-alpha-SiAlON phosphors. J. Mater. Res. 23 (6), 1701-1705 (2008).
  20. Dierre, B., et al. Local analysis of Eu2+ emission in CaAlSiN3. Sci. Technol. Adv. Mater. 14 (6), 064201(2013).
  21. Brillson, L. J. Applications of depth-resolved cathodoluminescence spectroscopy. J. Phys. D: Appl. Phys. 45 (18), 183001(2012).
  22. 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).
  23. Xie, R. -J., et al. Photoluminescence of Cerium-Doped a-SiAlON Materials. J. Am. Ceram. Soc. 87 (7), 1368-1370 (2004).
  24. Cho, Y., et al. Defects and luminescence control of AlN ceramic by Si-doping. Scripta Materialia. 110 (1), 109-112 (2016).
  25. Itoh, S., Kimizuka, T., Tonegawa, T. Degradation mechanism for low-voltage cathodoluminescence of sulfide phosphors. J. Electrochem. Soc. 136 (6), 1819-1823 (1989).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Xie, R. J., Hintzen, H. T. Optical Properties of (Oxy)Nitride Materials: A Review. J. Am. Ceram. Soc. 96 (3), 665-687 (2013).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Poelman, D., Smet, P. F. Time resolved microscopic cathodoluminescence spectroscopy for phosphor research. Physica B. 439, 35-40 (2014).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Katodol minesans SpektroskopisiOksinitr r FosforlarSialon FosforlarD k enerjili CLSEM AnaliziFosfor SenteziKesit G r nt lemeYerel Spektrum AnaliziElektron Demeti I nlamasFosfor Karakterizasyonu
(Oxy) Nitrit Fosforilazın için düşük enerji Katodolüminesans
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.