Cathodoluminescence בעלי אנרגיה נמוכה עבור (Oxy) ניטריד Phosphors

ההארה מופצת לא רק רוחבי אלא גם מעמיקה. הפצת ליבת משטח כזה ניתן לצפות עם CL ידי שינוי האנרגיה אלקטרון, שכן הוא משתנה עומק החדירה של אלקטרוני האירוע 21. עם זאת, את עומק החדירה משתנה עבור כל חומר וההתכתבות בין אנרגית אלקטרון ועומק חדירה אינה ליניארית, ועלולה להכניס כמה תופעות נוספות, כגון הספיגה החוזרת של פוטון אנרגיה גבוה יותר מן האזורים הנסתרים ידי החומר עצמו. לכן, זה עשוי להיות עדיף להתבונן ישירות חלוקת הליבה משטח באמצעות תצפית חתך. במקרה של אבקות זרחן, להשקפה כזאת יכולה להיות מושגת על ידי לכידת החלקיקים לתוך שרף פולני מורכבות אבקה-שרף ידי לטש חתך, למשל. מאז החלקיקים מופצים באופן אקראי השרף, בכיוון החיתוך אינו ניתן לשליטה. עם זאת, הכמות הגבוהה של חלקיקיםllows חיתוך חלקיקים מספיק כדי לעשות כזה ניתוח תקף. כדי להמחיש את הנקודה הזו, חקרנו חלוקת ההארה של אבקת AlN Si מסוממת. איור 5 א מציג את ספקטרום CL של אבקות AlN מסוממות עם 0.0% ו -1.6% של Si. פליטת AlN undoped מורכבת מ -2 להקות ב 350 ו 380 ננומטר, בעוד זה של AlN מסומם עם 1.6% מהון מניות של להקה ב 350 ננומטר עם כתף ברורה ב 280 ננומטר. 350 ו -380 להקות ננומטר מיוחסות מתחמי-חמצן פנוי אל (O N -V אל), בעוד הכתף ב 280 ננומטר עם AlN O-מטוהרים מושפע Si להקים SiO אדי 22. איור 5 ב ו -5 ג להראות את CL תמונות שצולמו ב 280 ננומטר כל-sintered ו בחתך רוחב אבקות AlN מסוממים עם 1.6% של Si, בהתאמה. פליטת 280 ננומטר היא nonuniform לאורך החלקיקים מתמונת CL של המדגם-sintered, באזורים הבהירים נראים בקצוות של הנקובticles, אבל המורפולוגיות של החלקיקים והפצתם עלולים השגות כאלה לא כל כך ברורות. עם זאת, מתמונת CL של המדגם בחתך הרוחב, נראה בבירור כי פליטת 280 ננומטר היא מקומית בעיקר על המשטחים של החלקיקים, דבר המצביע על כך חלקיקי AlN הם מצופים למעשה על ידי טיהור שכבת פני שטח Si-עשירה יכול להמשיך. שינויים בהרכב מקומיים phosphors sialon יכולים להשפיע על מאפייני ההארה דרסטי. לכן, באותו היון נדיר הארץ ב סריגים-מארחת שונות או באתרים שונים עשוי לתת פליטה שונה 15,18-20. אבל, למרבה הצער, הבדלים מקומיים במהלך sintering, כגון חלוקת הטמפרטורה או חלקם חומר הגלם, או החמצון החלקי של פני השטח של החלקיקים, צפויים, וכתוצאה מכך שינויים של הרכב לאורך החלקיקים ו / או ב דו קיום של מספר שלבים. כזה וההשפעה לא תהייה directly הנצפה עם טכניקות אפיון מבניות וכימיות. לכן, חשוב לחקור את מאפייני הארה המקומיים של זרחן. עם השליטה המדויקת של הגודל והמיקום של הקורה-אלקטרון SEM, זה אפשרי לא רק לרכוש ספקטרום CL מאזור ננו אלא גם כדי להשיג תמונות CL ברזולוציה גבוהה מרכזי ההארה. (La, Ce) אל (Si 6-z אל z) (N 10-z O z) (z ~ 1) (JEM) הוא פוספור כחול עז אשר מתאים התאורה הכללית. זה כבר נמצא כי על ידי החלפת (La, Ce) על ידי Ca, משמרת אדום הרחבה של פסגות CL להתרחש על פי Ca-סימום. זה היה האמין כי Ca משפיע קריעת שדה קריסטל של Ce 3+. עם זאת, הסבר זה, רק על סמך ספקטרום ההארה, מטעה, כפי שהיא מתגלה על ידי ניתוח מקומי חתך. 15 איור 6 מציג את הצולבות השניותSE-לאומי (CS-SE), תמונות CS-CL בשילוב ב 300 ננומטר (אדום), 430 ננומטר (כחול) ו -540 ננומטר (ירוק), ספקטרום CL המקומי נלקחה ב 5 קילו וולט עבור phosphors JEM מסוממים עם 0 (a, b, ג) ו -0.69 (ד, ה, ו) ב. % של Ca, בהתאמה. זה חייב כבר ציין כי אורכי גל אלה נבחרו על מנת להפחית את הלהקות חופפות במקרה שכמה להקות להתקיים. לצורך דימוי CS-CL של מדגם Ca-undoped, חלקיקי JEM מורכבים מחלקיקים רבים מגובבים אחד עם השני. ההארה על 430 ננומטר כמעט מפוזרת באופן אחיד עם כמה שטח בהיר וחלק באזור מקומי ב 300 ננומטר. מצד שני, גבולות הגרעין להראות פליטה כהה. ניתוח CL מקומי מגלה כי צורת הרפאים היא יחסית דומה בכל עמדות, עם תזוזה של הלהקות מ 430 כדי 450 ננומטר ועוצמת ספקטרלי הסכם טוב עם התמונות. לצורך הדימוי CS-CL של Ca מסוממים, ישנם הבדלים משמעותיים בין 430 לבין 540 ננומטר. תיקוני submicron לבהירים יותר בבירור ב 300 ו 540 ננומטר יחד פו גדולrtion של חלקיקים עם אזורי גבול תבואה כהה, בעוד פליטת 430 ננומטר היא מקומית בסעיף אחר של החלקיקים. על ידי ניתוח מקומי, הספקטרום CL לקחו על האזור הבהיר 430 ננומטר (נקודה 3) מורכב להקה ב 440 ננומטר, להשוות את אחד שנצפה עבור מדגם Ca-undoped. האזורים הבהירים ב 540 ננומטר, משובצים באותו חלקיק, (נקודות 1 ו -4) מראים הלהקה ב 480-490 ננומטר. אזורים בהירים קטנים ב 300 ננומטר (נקודה 2) ובאזור הגבול תבואה כהה (נקודה 5) להראות הלהקה ב 440 ננומטר עם כתף ב 480 ננומטר, עם מדי פעם פליטה ב 310 ננומטר. בהתבסס על ניתוח ספרות XRD, אנחנו יכולים לייחס את הלהקה מרוכז בסביבות 430 ננומטר ל Ce 3+ ב JEM 22 וכי ב 480 ננומטר ל Ce 3+ ב α-sialon 23. הפליטה הרחבה הכהה היא מקורו כדי Ce 3+ ב β-sialon, וכי ב 310 ננומטר ל sialon חומר מארח. תוצאות אלה מוכיחים כי משמרת אדום הרחבת פסגות CL פי סימום Ca לא יכול לייחסלשינויים המושרה Ca ב קריעת שדה קריסטל של Ce 3+ כמו בהתחלה חשבתי, אבל יותר את הדו-קיום של השלבים השונים בתוך אותו החלקיקים ואת הפיכתה ההדרגתית של β-sialon כדי אלפא-sialon עם סימום Ca. למרות התצפית של מרכזי הפליטה השונים והפצנו אפשרי באמצעות CL אנרגיה נמוכה, זה לא יכול להיות מספיק כדי להבין את הטבע במלואו ממרכזי ההארה. במקרים כאלה, יש צורך לשלב את מידות CL עם טכניקות אחרות. מאז אלקטרוני האירוע יכולים לייצר אותות אחרים ליד CL, אפשר לתאם את פליטת האור ישירות עם חשמל, כימיקלים או תכונות מבניות על ידי חוקר אותו האזור עם טכניקות אלומת אלקטרונים השונות. לכן, המתאם של CL עם TEM ברזולוציה גבוהה (HRTEM) ו EBIC נעשה שימוש כדי לאפיין פגמים, כגון לנקעים או תקלות הערמה. בנוגע להווריאציה של ריכוז / רכב, שילוב של CL עם TEM, EDS או ספקטרוסקופיה אוז יכול לגרום להבנה טובה יותר של המקור של ההארה. כאן, אנו ממחישים היבט זה על ידי חוקר את פליטת אבקת Si מסוממת AlN. איור 7 מציגים את תמונות CS-CL ו CS-EDS (a, b) והמקומי ספקטרה (ג, ד) של חלקיקי AlN מסוממים עם 4.0% Si סימום. תמונת CS-CL צולמה ב 350 ננומטר, בעוד תמונת CS-EDS המורכבת של סופרפוזיציה של הפצת Si ואל. תמונת CS-CL תערוכות מבנה מוארך כהה במרכז של החלקיקים. ספקטרה CL המקומית נלקחת באזור הבהיר מורכבת לשיא חזק ב 350 ננומטר עם כתפיים ב 280, 380, ו 460 ננומטר. עם זאת, ישנם שינויים ברורים היחסים בין להקות שונות אלה עם העמדה. תחומים מראים פליטה בהירה ב 350 ננומטר (נקודה 1) מראה פליטת 280 ננומטר גבוהה ופליטת 460 ננומטר קטן לעומת מלהקת ain ב 350 ננומטר, בעוד מנקודה הצרה הכהה (נקודה 2) מראה פליטת 280 ננומטר קטנה ופליטת 460 ננומטר גבוהה לעומת ללהקה המרכזית ב 350 ננומטר. 460 ננומטר הוא מקורו Si-אדיב פגמים AlN 24. תמונות EDS ספקטרה המקומית עולות כי האזור המוארך הכהה להראות אל קטן ורכב Si גבוה בהשוואה לשאר החלקיקים. לעומת התוצאות שנצפו איור 5, ניתן להניח כי על ידי הגדלת הכמות של Si לתוך AlN, תגובה משנית מתרחשת בין Si ו AlN, אשר גורמת להיווצרות שלבי sialon. שני הפרמטרים החשובים עבור חומר המשמשים במכשירים הם חומרים גבוהים ביצועים ויציבות תחת לחץ. אכן, השפלה של תכונות החומר תחת לחץ תפחית את חייה, אשר אינה בת קיימא מבחינה תעשייתית. לכן, עבור מכשירים מגורים-אלומת אלקטרונים, כגון שפופרות קרן קתודית (CRTs) ו בולש, הוא necessary לפתח phosphors העמיד אלומת אלקטרוני הקרנה ו / או להבין את המנגנונים נגרמי אלומת אלקטרונים על מנת למנוע או להפחית תופעות כאלה. השפלתו הארה יכול להתרחש באמצעות מנגנונים שונים, כגון ספיחה / desorption או לחייב את המשטחים, יצירה או הפעלה של פגמים, וכו '25-27. למרות וריאציות עוצמת אלה לסבך את ניתוח כמותי של תוצאות CL, הם יכולים לשמש כדי לחקור את החיים של התקנים אופטו. כדי להמחיש את הנקודה הזו, יש לנו את ספקטרום CL ו התפתחויות של שני phosphors הכחול דיודה, מסוממי Ce La 5 Si 3 O 12 N ו- Si / Eu מסומם AlN. 8a האיור מציג את ספקטרום CL עבור Ce מסומם La 5 Si 3 O 12 N ו- Si / Eu מסוממים AlN לאחר 20 שניות של הקרנה ב 5 קילו וולט. דגימות הוא להראות פליטה כחולה עזה: עמדת הלהקה ועוצמת עבור La המסומם Ce <sub> 5 Si 3 O 12 N הם 456 ננומטר ו 3,270 CPS, בהתאמה, בעוד אלה עבור Si / Eu-codoped AlN הם 466 ננומטר ו 3,100 CPS. אפריורי, ההבדל העיקרי בין 2 דוגמאות אלה הוא הרוחב של הפליטה, מאז פליטת Ce המסומם La 5 Si 3 O 12 N היא גדולה יותר בגלל הקיום של כמה להקות. לפיכך, נראה כי שני החומרים מתאימים כמו phosphors הכחול פולט עבור בולשת, ושאנחנו צריכים לשקול קריטריונים כעלות ייצור, התאימות עם phosphors האחר או את היציבות של נכסי ההארה תחת קרינת אלומת אלקטרונים, על מנת לקבוע את המתאים ביותר. איור 8b מראה את ההתפתחויות של עוצמת CL של Ce המסומם La 5 Si 3 O 12 N ו- Si / Eu המסומם AlN במהלך הקרנה-אלומת אלקטרונים ב 5 קילו וולט. עבור CE מסוממים La 5 Si 3 O 12 N, האינטנסיביות יורדת מ 3,270 ל -450 CPS ב 5 דקות ו 95 CPS ב 60 דקות. כלומר, תחת 3,600 שניות ההקרנה של 5 קילו וולט, האינטנסיביות פוחתת יותר מ -95% של עוצמת הראשונית. עבור Si / Eu המסומם AlN, האינטנסיביות פוחתת 3,100 ל -2,500 CPS ב 60 דקות, כלומר ירידה של 20% של עוצמת ראשונית. תוצאות אלו מראות בבירור כי Si / Eu המסומם AlN הרבה מועמד טוב יותר Ce המסומם La 5 Si 3 O 12 N נובע היציבות הגבוהה יותר שלה. איור 1: הארה של phosphors sialon מסוממים נדיר הארץ תמונות של phosphors שונים תחת גלוי (א) ו- אולטרה סגול (ב) אור.. (ג) ספקטרה CL המנורמל של האיחוד האירופי 2+ ב סריגי מארחת שונים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <p class="jove_content" fo:keep-together.within- page = "1"> איור 2: הגדרה של CL (א) צילום של מערכת SEM עם CL, עם הבלעת תצלום המראה אליפסואידי.. (ב) תמונה סכמטי של מערכת גילוי אור. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 3: הכנת phosphors sialon (א) קביעת אבקות ההתחלה, משקל ותנאי sintering;. (ב) ערבוב של אבקות גלם; (ג) Sintering של תערובת האבקה; (ד) אבקות Sintered לפני ואחרי הריסוק.Target = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 4:. הכנה חתך (א) ערבוב של אבקות עם שרף hardener, ואוויר מתאדים בתערובת. (ב) לשפוך לתוך תבנית סיליקון וחימום. (ג) צחצוח של השבבים ידי-ברכיים שימושיות Ar-יון-חתך לטש. (ד) מדידת חתך באזור מלוטש. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 5:. הפצת פגז ליבת AlN המסומם Si (א) ספקטרה CL של אבקות AlN מסוממת עם 1.6% של Si ב 5 קילו וולט. (ב – ג) תמונות CL נלקחה ב 5 קילו ו -280 ננומטר עבור כמו-sintered (ב) ו–מחולק הצלב (ג) אבקות AlN מסוממים עם 1.6% של Si, בהתאמה. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו . איור 6:. ניתוח מקומי של זרחן JEM מסוממים Ca CS-SE, תמונות CS-CL בשילוב ב 300 ננומטר (אדום), 430 ננומטר (כחול) ו -540 ננומטר (ירוק), ספקטרום CL המקומי נלקחה ב 5 קילו וולט עבור phosphors JEM מסוממים עם 0 (a, b, c) ו -0.69 (ד, ה, ו) ב. % של Ca, בהתאמה.ig6large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 7:.. CL ו- EDS השוואה של Si מסוממים AlN CS-CL ו CS-EDS תמונות (א, ג) ו ספקטרה המקומיות (ב, ד) של החלקיקים AlN מסוממים עם 4.0% Si סימום אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 8:. יציבות הארה של שני phosphors הכחול (א) CL ספקטרום של Ce מסומם La 5 Si 3 O 12 N ו- Si / Eu מסומם AlN לאחר 20 שניות של הקרנה ב 5 קילו וולט. (ב </strאונג>) התפתחויות של עוצמת CL של Ce מסומם La 5 Si 3 O 12 N ו- Si / Eu המסומם AlN במהלך הקרנה-אלומת אלקטרונים ב 5 קילו וולט. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.