Energiezuinige cathodoluminescentie voor (Oxy) Nitride Fosforkleuren

De luminescentie wordt verspreid alleen zijdelings, maar ook diepgaand. Dergelijke kern-oppervlakteverdeling waarneembaar CL door wijziging van de elektronen energie, omdat het varieert de penetratiediepte van de invallende elektronen 21. De penetratiediepte varieert voor elk materiaal en de overeenstemming tussen elektronenenergie en penetratiediepte niet lineair, en kunnen enkele aanvullende effecten, zoals de reabsorptie van hogere energie foton uit de diepere regionen van het materiaal zelf invoeren. Aldus kan het de voorkeur om direct de verdeelkern-oppervlak via doorsnede observatie observeren. Bij fosforpoeders kunnen dergelijke observatie worden bereikt door het vangen van de deeltjes in een hars en polijsten poeder-composiet door doorsnede polijstmachine, bijvoorbeeld. Aangezien de deeltjes willekeurig verspreid zijn in de hars, de snijrichting is niet controleerbaar. De grote hoeveelheid deeltjes eenllows snijden genoeg deeltjes om een ​​dergelijke analyse geldig te maken. Om dit te illustreren, hebben we de verdeling van luminescentie Si-gedoteerd AlN poeder onderzocht. Figuur 5a toont de CL-spectra van AlN poeders gedoteerd met 0,0% en 1,6% Si. De emissie van niet gedoteerde AlN bestaat uit 2 banden bij 350 en 380 nm, terwijl die van AlN gedoteerd met 1,6% van een band bij 350 nm met een duidelijke schouder bij 280 nm. De 350 en 380 nm banden worden toegeschreven aan Al vacature-complexen zuurstof (O N -V Al), terwijl de schouder bij 280 nm met de O-gezuiverd AlN aangetast door Si SiO damp 22 vormt. Figuur 5b en 5c tonen de CL beelden die met 280 nm voor zo gesinterd en dwarsdoorsneden AlN poeders gedoteerd met 1,6% Si, respectievelijk. De 280 nm emissie-uniform langs de deeltjes de CL beeld van de als-gesinterde monster uit de lichtere delen lijken op de randen van de partjes, maar de morfologie van de deeltjes en hun verdeling mogen dergelijke opmerkingen niet zo duidelijk te maken. De CL beeld van de dwarsdoorsnede monster uit, blijkt duidelijk dat de 280 nm emissie hoofdzakelijk gelokaliseerd op het oppervlak van de deeltjes, wat suggereert dat AlN deeltjes daadwerkelijk worden bekleed met een Si-rijke laag en oppervlak zuivering kan plaatsvinden. Lokale samenstelling verandert in Sialon fosforen kan drastisch invloed hebben op de luminescentie-eigenschappen. Aldus kan dezelfde zeldzame aard ion in verschillende gastheersoorten roosters of op verschillende plaatsen verschillende emissies 15,18-20 geven. Maar helaas lokale verschillen tijdens het sinterproces, zoals een verdeling van de temperatuur of de ingrediënten aandeel of de partiële oxidatie van het oppervlak van de deeltjes wordt verwacht, waardoor veranderingen van de samenstelling aan de deeltjes en / of het naast elkaar bestaan ​​van verschillende fasen. Dergelijke effecten kunnen niet direct waarneembaar met structurele en chemische karakterisatie technieken. Derhalve is het belangrijk om de lokale luminescentie eigenschappen van een fosfor te onderzoeken. De nauwkeurige regeling van de grootte en positie van de elektronenbundels in een SEM, is het mogelijk niet alleen een CL spectrum ontlenen aan een nanoschaal regio, maar ook een hoge-resolutie beelden van de CL luminescentiecentra verkrijgen. (La, Ce) Al (Si 6-z al z) (N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) een intens blauwe fosfor die geschikt is voor algemene verlichting. Gebleken is dat door het vervangen van (La, Ce) van Ca, een roodverschuiving en een verbreding van CL pieken optreden volgens Ca-doping. Men geloofde dat Ca beïnvloedde het kristal gebied splitsing van Ce 3+. Echter, deze uitleg, alleen gebaseerd op de luminescentie spectra, misleidend, zoals blijkt uit de dwarsdoorsnede lokaal analyse. 15 Figuur 6 toont de kruis-sectionele SE (CS-SE), gecombineerd CS-CL beelden bij 300 nm (rood), 430 nm (blauw) en 540 nm (groen) en de lokale CL spectra genomen op 5 kV voor JEM fosforen gedoteerd met 0 (a, b, c) en 0,69 (d, e, f) aan. % Ca respectievelijk. Er zij opgemerkt dat deze golflengten zijn geselecteerd om de overlappende banden in het geval dat meerdere banden bestaan ​​verminderen. CS-CL beeld van Ca-ongedoteerd monster, JEM deeltjes bestaan ​​uit vele deeltjes samengeperst met elkaar. De luminescentie bij 430 nm vrijwel gelijkmatig verdeeld met een aantal helderder stippellijn sommige gelokaliseerd gebied bij 300 nm. Anderzijds, de korrelgrenzen donkerdere emissie. Lokale CL analyse blijkt dat de spectrale vorm is relatief vergelijkbaar eventuele posities, met een verschuiving van de banden 430-450 nm en spectrale intensiteit in een goede overeenstemming met de foto's. CS-CL beeld van Ca gedoteerde voor, zijn er significante verschillen tussen 430 en 540 nm. Submicron plekken duidelijk lichter bij 300 en 540 nm langs een grote portion van de deeltjes met donkere korrel grensgebieden, terwijl de 430 nm emissie is gelokaliseerd in een ander deel van de deeltjes. Door lokale analyse, de CL spectrum genomen op een 430 nm lichte ruimte (zie punt 3) bestaat uit een band bij 440 nm, vergelijkbaar aan de ene waargenomen voor Ca-gedoteerde monster. De heldere gebieden bij 540 nm, ingebed in hetzelfde deeltje, (punten 1 en 4) tonen een band bij 480-490 nm. Kleine heldere gebieden bij 300 nm (punt 2) en donkere korrel grensgebied (punt 5) laten een band bij 440 nm met een schouder bij 480 nm, met af en toe bij emissie bij 310 nm. Op basis van de literatuur en XRD analyse kunnen we de band gecentreerd bij ongeveer 430 nm tot Ce 3+ in JEM 22 en 480 nm Ce 3+ in α-SiAlON 23 attribuut. De donkere brede emissie afkomstig Ce 3+ in β-SiAlON, en dat bij 310 nm Sialon gastheermateriaal. Deze resultaten bewijzen dat de roodverschuiving en de verbreding van CL pieken volgens Ca doping niet kan worden toegeschrevenCa veroorzaakte veranderingen in het kristal veldsplitsing van Ce 3+ oorspronkelijk gedacht, maar de coëxistentie van verschillende fasen in dezelfde deeltjes en de geleidelijke transformatie van β-SiAlON tot a-SiAlON met Ca doping. Hoewel de waarneming van de verschillende emissie centra en de verdeling is mogelijk met lage energie CL, kan niet genoeg volledig begrijpen van de aard van de luminescentie centra. In dergelijke gevallen moet de CL metingen te combineren met andere technieken. Aangezien de invallende elektronen andere signalen naast CL kan genereren, is het mogelijk om direct correleren de lichtemissie elektrische, chemische of structurele eigenschappen van dezelfde onderzoeken met verschillende elektronenbundel technieken. Zo heeft de correlatie van CL met hoge resolutie TEM (HRTEM) en EBIC gebruikt om defecten zoals dislocaties en stapelfouten karakteriseren. Watde variatie van de concentratie / samenstelling, kan de combinatie van CL met TEM, EDS of Auger spectroscopie leiden tot een beter begrip van de oorsprong van de luminescentie. Hier tonen we dit aspect door het onderzoeken van de emissie van Si-gedoteerd AlN poeder. Figuur 7 toont de CS-CL en CS-EDS afbeeldingen (a, b) en lokale spectra (c, d), van AlN deeltjes gedoteerd met 4,0% Si doping. Het beeld CS-CL werd genomen bij 350 nm, terwijl het imago van de CS-EDS bestaat uit de superpositie van Si en Al distributie. Het beeld CS-CL toont donkerder lange structuur in het midden van de deeltjes. Lokale CL spectra genomen in het heldere gebied bestaan ​​uit een sterke piek bij 350 nm met schouders bij 280, 380 en 460 nm. Toch zijn er duidelijke veranderingen in de verhoudingen tussen de verschillende banden met de positie. Gebieden die een helderder emissie bij 350 nm (punt 1) geeft een hogere emissie 280 nm en 460 nm emissie kleiner vergeleken met de main band bij 350 nm, terwijl de donkere langwerpige patch (punt 2) toont een kleinere 280 nm emissie en hogere 460 nm emissie ten opzichte van de belangrijkste band bij 350 nm. De 460 nm is afkomstig uit Si-opvang van defecten in AlN 24. EDS beelden en lokale spectra blijkt dat de donkere langwerpige gebied laten een kleinere Al en Si hoger samenstelling in vergelijking met de rest van de deeltjes. Vergeleken met de resultaten waargenomen in Figuur 5, kunnen we aannemen dat door de hoeveelheid Si in AlN, een secundaire reactie optreedt tussen Si en AlN, die de vorming van SiAlON fase induceert. De twee belangrijke parameters voor een artikel van hulpmiddelen zijn stoffen hoge prestaties en stabiliteit onder stress. Inderdaad zal een verslechtering van de materiaaleigenschappen onder spanning zijn levensduur, wat niet industrieel levensvatbaar te verminderen. Zo elektronenbundel gestimuleerde apparaten, zoals kathodestraalbuizen (CRT's) en FED is nODIG om elektronen bestraling resistente fosfors ontwikkelen en / of de elektronen-bundel-geïnduceerde mechanismen ter voorkoming of dergelijke te verminderen begrijpen. De luminescentie afbraak kan plaatsvinden via verschillende mechanismen, zoals adsorptie / desorptie of laden op de oppervlakken, creatie of activering van defecten, enz. 25-27. Hoewel deze intensiteitsvariaties bemoeilijken de kwantitatieve analyse van CL resultaten, kunnen zij worden gebruikt om de levensduur van de opto-elektronische apparaten te onderzoeken. Om dit punt te illustreren, hebben we de CL spectra en evoluties van twee blauwe-emitterende fosforen-Ce gedoteerd La 5 Si 3 O 12 N en Si / Eu-gedoteerde AIN. Figuur 8a toont de CL spectra voor Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N en Si / Eu-gedoteerde ALN na 20 sec van bestraling bij 5 kV. Beide monsters tonen een intens blauwe emissie: de band positie en de intensiteit van Ce-gedoteerde La <sub> 5 Si 3 O 12 N zijn 456 nm en 3270 cps, respectievelijk, terwijl die voor Si / Eu-gecodoteerd ALN zijn 466 nm en 3100 cps. A priori is het belangrijkste verschil tussen deze 2 monsters is de breedte van de emissie, omdat de emissie van Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N groter door het naast elkaar bestaan van verscheidene groepen. Het lijkt dus dat beide materialen geschikt als blauw-emitterende fosfors voor FED, en dat we criteria fabricagekosten, de verenigbaarheid met de andere fosfor of de stabiliteit van de luminescentie-eigenschappen onder elektronenbundel bestraling overwegen het bepalen meest geschikt is. Figuur 8b toont de evolutie van CL intensiteit van Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N en Si / Eu-gedoteerde AIN tijdens electron-beam bestraling bij 5 kV. Voor Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N, de intensiteit afneemt van 3270 tot 450 cps in 5 min en 95 cps in 60 min. Namelijk, onder 3.600 secvan 5 kV straling, de intensiteit daalt meer dan 95% van de oorspronkelijke intensiteit. Si / Eu-gedoteerd AlN, de intensiteit afneemt 3100 tot 2500 cps in 60 min, namelijk een vermindering van 20% van deze oorspronkelijke intensiteit. Deze resultaten tonen duidelijk dat de Si / Eu-gedoteerd AlN veel betere kandidaat dan Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N vanwege zijn hogere stabiliteit. Figuur 1: Luminescentie van zeldzame aardmetalen gedoteerde fosforen SiAlON's verschillende fosforen toegankelijk onder (a) en ultraviolet (b) licht.. (C) De genormaliseerde CL spectra van Eu 2+ in andere host roosters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. <p class="jove_content" fo:keep-together.within- page = "1"> Figuur 2: Setup van CL (a) Foto van de SEM met CL-systeem, met inzet van een foto van de ellipsvormige spiegel.. (B) Schematische beeld van licht detectiesysteem. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 3: Bereiding van SiAlON fosforen (a) Bepaling van de uitgangspoeders, gewicht en sinteromstandigheden;. (B) Het mengen van het ruwe poeder; (C) sinteren van het poeder mengsel; (D) De gesinterde poeders voor en na het breken.target = "_ blank"> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 4:. Doorsnede preparaat (a) mengen van de poeders met hars en verharder en verdampen lucht in het mengsel. (B) gieten in een siliconenmal en verwarming. (C) Polijsten van de chips door handy-schoot en Ar-ion doorsnede polijstmachine. (D) Het meten van de dwarsdoorsnede gepolijst omgeving. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 5:. Core-shell verdeling Si-gedoteerd AlN (a) CL-spectra van AlN poeders gedoteerd met 1,6% Si bij 5 kV. (B – c) CL foto's genomen op 5 kV en 280 nm voor zo-gesinterde (b) en dwarsdoorsnede (c) AlN poeders gedoteerd met 1,6% Si, respectievelijk. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken . Figuur 6:. Lokaalanalyse van Ca gedoteerde JEM fosfor CS-SE combinatie CS-CL beelden op 300 nm (rood), 430 nm (blauw) en 540 nm (groen) en lokale CL spectra genomen op 5 kV voor JEM fosforen gedoteerd met 0 (a, b, c) en 0,69 (d, e, f) aan. % Ca respectievelijk.ig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7:.. CL en EDS vergelijking van Si-gedoteerd AlN CS-CL en CS-EDS beelden (a, c) en de lokale spectra (b, d), van AIN deeltje gedoteerd met 4,0% Si doping Klik hier om te bekijken grotere versie van dit cijfer. Figuur 8:. Luminescentie stabiliteit van twee blauwe fosfors (a) CL spectra van Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N en Si / Eu-gedoteerd AlN na 20 sec bestraling bij 5 kV. (b </strong>) Evolutions van CL intensiteit van Ce-gedoteerde La 5 Si 3 O 12 N en Si / Eu-gedoteerde AIN tijdens electron-beam bestraling bij 5 kV. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.