Cathodoluminescence basse énergie pour (Oxy) luminophores de Nitrure

La luminescence est distribuée non seulement latéralement, mais aussi en profondeur. Une telle distribution de la surface de base est observable avec CL en changeant l'énergie des électrons, étant donné qu'il fait varier la profondeur des électrons incidents 21 de pénétration. Toutefois, la profondeur de pénétration varie pour chaque matériau et la correspondance entre l'énergie des électrons et de la profondeur de pénétration est non linéaire, et peut présenter des effets supplémentaires, tels que la réabsorption de photons d'énergie plus élevé des régions plus profondes par le matériau lui-même. Ainsi, il peut être préférable d'observer directement la distribution de base de la surface par l'intermédiaire d'une section transversale d'observation. Dans le cas de poudres de phosphore, cette observation peut être obtenue en piégeant les particules dans une résine et polir le composite poudre de résine par section polisseuse, par exemple. Etant donné que les particules sont réparties de façon aléatoire dans la résine, la direction de coupe ne sont pas contrôlables. Cependant, la quantité élevée de particules aermet de coupe suffisamment de particules pour faire une telle analyse valide. Pour illustrer ce point, nous avons étudié la distribution de luminescence de poudre de AIN Si dopé. Figure 5a montre les spectres CL de poudres AIN dopés avec 0,0% et 1,6% de Si. L'émission de AIN non dopé se compose de 2 bandes à 350 et 380 nm, tandis que celle de AIN dopé avec 1,6% d'une bande à 350 nm avec un épaulement clair à 280 nm. 350 et 380 bandes nm sont attribuées à des complexes vacance d'oxygène Al (O N -V Al), tandis que l'épaulement à 280 nm à l'AIN O purifié affecté par Si pour former du SiO vapeur 22. La figure 5b et 5c montrent le CL des images prises à 280 nm pour que fritté et en coupe transversale des poudres de AlN dopé à 1,6% de Si, respectivement. L'émission 280 nm est non uniforme le long des particules de l'image CL de l'échantillon fritté, les zones plus claires semblent être au niveau des bords de la normalecules, mais les morphologies des particules et leur distribution peuvent faire de telles observations pas si évident. Cependant, à partir de l'image CL de l'échantillon en coupe transversale, il apparaît clairement que l'émission à 280 nm est principalement localisée au niveau des surfaces des particules, ce qui suggère que des particules d'AlN sont effectivement revêtues par une couche de surface et riche en Si la purification peut avoir lieu. changements de la composition locale à luminophores Sialon peuvent affecter considérablement les propriétés de luminescence. Ainsi, le même ion de terres rares dans les différents hôtes-réseaux ou dans des sites différents peut donner différentes émissions 15,18-20. Mais, malheureusement, les différences locales au cours du frittage, par exemple une répartition de la température ou des matériaux proportion brute, ou l'oxydation partielle de la surface des particules, sont attendus, ce qui entraîne des modifications de la composition ainsi que les particules et / ou en la coexistence de plusieurs phases. Ces effets peuvent ne pas être diment observable avec des techniques structurales et chimiques de caractérisation. Par conséquent, il est important d'étudier les propriétés de luminescence d'une substance fluorescente locale. Avec le contrôle précis de la taille et la position du faisceau d'électrons dans un SEM, il est possible non seulement d'acquérir un spectre de CL d'une région à l'échelle nanométrique, mais aussi d'obtenir des images à haute résolution CL des centres de luminescence. (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) est un phosphore bleu intense qui est approprié pour l' éclairage général. Il a été trouvé qu'en remplaçant (La, Ce) par Ca, un décalage vers le rouge et un élargissement des pics CL se déroulent selon Ca-dopage. On croyait que Ca affectait le fractionnement du champ cristallin de Ce 3+. Toutefois, cette explication, basée uniquement sur les spectres de luminescence, est trompeur, tel que révélé par une analyse locale en coupe transversale. 15 La figure 6 montre le contre-sectional SE (CS-SE), combinées images CS-CL à 300 nm (rouge), 430 nm (bleu) et 540 nm (vert) et les spectres de CL locale prise à 5 kV pour luminophores MJE dopé avec 0 (a, b, c) et 0,69 (d, e, f) à. % De Ca, respectivement. Il doit être noté que ces longueurs d'onde ont été sélectionnées de manière à réduire les bandes qui se chevauchent dans le cas où il existe plusieurs bandes. Pour une image CS-CL de l'échantillon Ca non dopé, des particules JEM se composent de nombreuses particules agglomérées entre elles. La luminescence à 430 nm est presque uniformément distribué avec une certaine zone lumineuse et une partie de zone localisée à 300 nm. D'autre part, les joints de grains montrent émission plus foncée. analyse locale CL révèle que la forme spectrale est relativement comparable dans toutes les positions, avec un décalage des bandes 430-450 nm et intensité spectrale dans un bon accord avec les images. Pour l'image CS-CL de Ca-dopé, il existe des différences significatives entre 430 et 540 nm. patches submicroniques apparaissent clairement plus lumineux à 300 et 540 nm le long d'une grande portion des particules avec des régions de frontière de grain plus sombre, tandis que l'émission de 430 nm est localisée dans une autre partie des particules. Par l'analyse locale, le spectre de CL pris sur une zone lumineuse 430 nm (point 3) est constitué d'une bande à 440 nm, comparable à celle observée pour l'échantillon Ca-non dopé. Les zones claires à 540 nm, embarqués dans la même particule, (points 1 et 4) montrent une bande à 480-490 nm. De petites zones lumineuses de 300 nm (point 2) et de la région de limite de grain foncé (point 5) montrent une bande à 440 nm avec l'épaule à 480 nm, avec de temps en temps à l'émission à 310 nm. Sur la base de l'analyse de la littérature et XRD, nous pouvons attribuer la bande centrée à environ 430 nm à Ce 3+ dans JEM 22 et à 480 nm à Ce 3+ en α-SiAlON 23. La large émission plus foncée est l' origine de Ce3 + en β-SiAlON et que la matière hôte à 310 nm à Sialon. Ces résultats prouvent que le décalage vers le rouge et l'élargissement des pics CL selon Ca dopage ne peuvent pas être attribuésaux changements Ca-induits dans le fractionnement du champ cristallin de Ce 3+ pensé initialement, mais plus à la coexistence de différentes phases à l' intérieur des mêmes particules et la transformation progressive de la β-SiAlON en a-SiAlON avec Ca dopage. Bien que l'observation des différents centres d'émission et leur répartition est possible en utilisant CL faible consommation d'énergie, il peut ne pas être suffisant pour bien comprendre la nature des centres de luminescence. Dans de tels cas, il est nécessaire de combiner les mesures de CL avec d'autres techniques. Étant donné que les électrons incidents peuvent générer d'autres signaux à côté de CL, il est possible de corréler directement la lumière d'émission avec des propriétés structurelles électrique, chimique ou en enquêtant sur la même zone avec les différentes techniques de faisceau d'électrons. Ainsi, la corrélation de CL à haute résolution TEM (HRTEM) et FEMC a été utilisée pour caractériser les défauts, tels que des dislocations ou des défauts d'empilement. Pour ce qui est dela variation de la concentration / composition, la combinaison de CL avec le TEM, EDS ou par spectroscopie Auger peut conduire à une meilleure compréhension de l'origine de la luminescence. Ici, nous illustrons cet aspect en étudiant l'émission de poudre de AIN Si dopé. La figure 7 montre les images CS-CL et CS-EDS (a, b) et local spectres (c, d) de AlN particules dopé avec 4,0% de Si se doper. L'image CS-CL a été prise à 350 nm, tandis que l'image CS-EDS, est constitué par la superposition de la distribution Si et Al. L'image CS-CL montre la structure allongée plus sombre dans le centre des particules. Les spectres de CL locales prises dans la région lumineuse se composent d'un fort pic à 350 nm avec des épaules à 280, 380 et 460 nm. Cependant, il existe des variations claires dans les rapports entre ces différentes bandes avec la position. Les zones présentant une émission lumineux à 350 nm (point 1) présente une émission plus élevée à 280 nm et plus petite émission 460 nm par rapport au main bande à 350 nm, tandis que le patch plus sombre allongée (point 2) montre une petite émission de 280 nm et supérieur émission 460 nm par rapport à la bande principale à 350 nm. Le 460 nm est originaire de défauts Si-loger dans AIN 24. des images et des spectres EDS locaux indiquent que la zone plus foncée allongée Al montrent une plus faible et plus la composition de Si par rapport au reste des particules. Par rapport aux résultats observés sur la figure 5, on peut supposer que , en augmentant la quantité de Si dans AIN, une réaction secondaire se produit entre Si et AlN, ce qui induit la formation de phases de SiAlON. Les deux paramètres importants pour un matériau utilisés dans les dispositifs sont des matériaux de haute performance et la stabilité sous contrainte. En effet, une dégradation des propriétés des matériaux soumis à un stress réduira sa durée de vie, ce qui est industriellement viable. Ainsi, pour les dispositifs à faisceau d'électrons stimulés, tels que des tubes à rayons cathodiques (CRT) et de FEDs, il est nÉCESSAIRE pour développer des luminophores résistants irradiation par faisceau d'électrons et / ou de comprendre les mécanismes induits par faisceau d'électrons, afin de prévenir ou de réduire ces effets. La dégradation de la luminescence peut se produire par des mécanismes différents, tels adsorption / désorption ou de charge à la surface, la création ou l' activation de défauts, etc. 25-27. Bien que ces variations d'intensité compliquent l'analyse quantitative des résultats de CL, ils peuvent être utilisés pour étudier la durée de vie des dispositifs opto-électroniques. Pour illustrer ce point, nous avons les spectres et les évolutions de deux luminophores émettant dans le bleu CL, Ce dopé La 5 Si 3 O 12 N et Si / Eu dopé AIN. La figure 8a montre les spectres CL pour Ce dopé La 5 Si 3 O 12 N et Si / Eu dopée AIN après 20 secondes d'irradiation à 5 kV. Les deux échantillons montrent une émission bleu intense: la position de la bande et l'intensité pour La Ce dopée <sub> 5 Si 3 O 12 N sont 456 nm et 3270 cps, respectivement, tandis que ceux de Si / AIN Eu-codopé sont 466 nm et 3100 cps. A priori, la principale différence entre ces 2 échantillons est la largeur de l'émission, depuis l'émission pour Ce dopé La 5 Si 3 O 12 N est plus grande en raison de la coexistence de plusieurs bandes. Ainsi, il semble que les deux matériaux sont appropriés comme luminophores émettant dans le bleu pour CÉF, et que nous devons tenir compte de critères tels que le coût de fabrication, la compatibilité avec les autres phosphores ou la stabilité des propriétés de luminescence sous irradiation par faisceau d'électrons, pour déterminer la le plus approprié. Figure 8b montre les évolutions de CL intensité de Ce-dopé la 5 Si 3 O 12 N et AIN Si / Eu dopé pendant l' irradiation par faisceau d' électrons à 5 kV. Pour Ce dopé La 5 Si 3 O 12 N, l'intensité diminue de 3270 à 450 cps à 5 min et 95 cps à 60 min. À savoir, sous 3,600 secd'irradiation 5 kV, l'intensité diminue de plus de 95% de l'intensité initiale. Pour AIN Si / Eu dopé, l'intensité diminue 3.100 à 2.500 cps à 60 min, à savoir une diminution de 20% de cette intensité initiale. Ces résultats montrent clairement que l'AIN Si / Eu dopé est beaucoup meilleur candidat que This dopé La 5 Si 3 O 12 N est en raison de sa plus grande stabilité. Figure 1: Luminescence de terres rares dopé phosphores SiAlON photos de différents luminophores sous visible (a) et ultraviolet (b) la lumière.. (C) de spectres Normalized CL de Eu 2+ dans les différents réseaux d'accueil. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. <p class="jove_content" fo:keep-together.within- page = "1"> Figure 2: Mise en place de CL (a) la photographie du système SEM avec CL, avec insert une photographie du miroir ellipsoïdale.. (B) l' image schématique du système de détection de la lumière. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 3: Préparation de luminophores SiAlON (a) la détermination des poudres de départ, les conditions de poids et de frittage;. (B) Le mélange des poudres brutes; (C) Frittage du mélange de poudre; (D) les poudres frittées avant et après l' écrasement.target = "_ blank"> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 4:. Section transversale de préparation (a) le mélange des poudres avec de la résine et le durcisseur, et de l' air d' évaporation dans le mélange. (B) verser dans un moule en silicone et le chauffage. (C) polissage des puces par handy-tour et Ar-ion coupe polisseuse. (D) Mesure de surface en coupe transversale polie. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5:. La distribution Core-shell dans AIN Si dopé (a) spectres CL de poudres AIN dopé avec 1,6% de Si à 5 kV. (B – c) CL images prises à 5 kV et 280 nm pour que fritté (b) et poudres (c) AIN en coupe transversale dopé avec 1,6% de Si, respectivement. S'il vous plaît , cliquez ici pour afficher une version plus grande de cette figure . Figure 6:. Analyse locale de Ca dopée luminescente de JEM CS-SE, combinées images CS-CL à 300 nm (rouge), 430 nm (bleu) et 540 nm (vert) et les spectres de CL locale prise à 5 kV pour les luminophores JEM dopé avec 0 (a, b, c) et 0,69 (d, e, f) à. % De Ca, respectivement.ig6large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 7:.. CL et EDS comparaison de Si dopé AIN CS-CL et CS-EDS images (a, c) et local spectres (b, d) de AlN particules dopées avec 4,0% Si le dopage S'il vous plaît cliquer ici pour voir une une plus grande version de ce chiffre. Figure 8:. Stabilité Luminescence de deux luminophores bleus (a) CL spectres de Ce dopé La 5 Si 3 O 12 N et Si / Eu dopé AIN après 20 secondes d'irradiation à 5 kV. (b </strong>) Evolutions de CL intensité de Ce-dopé La 5 Si 3 O 12 N et Si / Eu dopé AIN pendant l' irradiation par faisceau d' électrons à 5 kV. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.