Catodoluminescenza a basso consumo energetico per (Oxy) Fosfori nitruro

La luminescenza è distribuita non soltanto lateralmente, ma anche in profondità. Tale distribuzione core-superficie è osservabile con CL modificando l'energia degli elettroni, poiché varia la profondità di penetrazione degli elettroni incidenti 21. Tuttavia, la profondità di penetrazione varia per ogni materiale e la corrispondenza tra energia di elettroni e la profondità di penetrazione non è lineare, e può introdurre alcuni effetti aggiuntivi, quali il riassorbimento di alto fotoni di energia dalle regioni profonde dal materiale stesso. Così, può essere preferibile osservare direttamente la distribuzione core-superficie tramite osservazione sezione trasversale. Nel caso di polveri di fosforo, tale osservazione può essere ottenuto intrappolando le particelle in una resina e lucidare il composito polvere resina mediante sezione lucidatore, per esempio. Poiché le particelle sono distribuite in modo casuale nella resina, la direzione di taglio non è controllabile. Tuttavia, l'elevata quantità di particelle di unllows taglio abbastanza particelle di effettuare tale analisi valida. Per illustrare questo punto, abbiamo studiato la distribuzione luminescenza di polvere di nitruro di alluminio Si-drogato. Figura 5a mostra gli spettri CL di polveri AlN drogati con 0,0% e 1,6% di Si. L'emissione di AlN non drogato costituito da 2 bande a 350 e 380 nm, mentre quello di AlN drogato con 1,6% di una banda a 350 nm con una chiara spalla a 280 nm. I 350 e 380 nm bande sono attribuiti ad Al complessi vacante-ossigeno (O N -V Al), mentre la spalla a 280 nm con il nitruro di alluminio O-purificata colpiti da Si a formare SiO vapore 22. Figura 5b e 5c mostrano la CL immagini prese a 280 nm a-sinterizzato e sezionata polveri AlN drogati con 1,6% di Si, rispettivamente. L'emissione 280 nm è non uniforme lungo le particelle dall'immagine CL del campione-sinterizzato, le aree più luminose sembrano essere ai bordi del particelle, ma le morfologie delle particelle e la loro distribuzione possono fare tali osservazioni non così ovvio. Tuttavia, dall'immagine CL del campione sezionato, appare chiaro che l'emissione di 280 nm è localizzato principalmente alle superfici delle particelle, suggerendo che le particelle AlN sono effettivamente rivestite da un Si-ricco strato e la superficie di purificazione può procedere. variazioni di composizione locali a fosfori Sialon possono influenzare drasticamente le proprietà di luminescenza. Così, lo stesso di ioni di terre rare in diversi host-reticoli o in siti diversi può dare diverse emissioni 15,18-20. Ma, purtroppo, differenze locali durante la sinterizzazione, come una distribuzione di temperatura o materiali percentuale grezza, o l'ossidazione parziale della superficie delle particelle, si prevede, con conseguente modifica della composizione lungo le particelle e / o in la coesistenza di diverse fasi. Tali effetti possono non essere direttamente osservabile con tecniche di caratterizzazione strutturale e chimici. Pertanto, è importante indagare le proprietà di luminescenza locali di un fosforo. Con il controllo preciso della dimensione e della posizione del fascio elettronico in un SEM, è possibile non solo di acquisire uno spettro CL da una regione nanoscala, ma anche di ottenere immagini ad alta risoluzione CL dei centri di luminescenza. (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (N-10 z O z) (z ~ 1) (JEM) è un intenso blu fosforo che è adatto per l'illuminazione generale. Si è trovato che sostituendo (La, Ce) da Ca, uno spostamento rosso e un allargamento dei picchi CL avvenire secondo Ca-doping. Si credeva che Ca stata interessando la scissione campo di cristallo di Ce 3+. Tuttavia, questa spiegazione, basata solo sugli spettri di luminescenza, è fuorviante, come rivelato da trasversale analisi locale sezione. 15 Figura 6 mostra il cross-sectional SE (CS-SE), combinate immagini CS-CL a 300 nm (rosso), 430 nm (blu) e 540 nm (verde) e spettri CL locale scattata al 5 kV per fosfori JEM drogati con 0 (a, b, c) e 0,69 (d, e, f) a. % Di Ca rispettivamente. Deve stato notato che queste lunghezze d'onda sono state selezionate in modo da ridurre le bande sovrapposte nel caso che esistono diverse bande. CS-CL immagine del campione Ca-drogato Per particelle JEM consistono di molte particelle agglomerate tra loro. La luminescenza a 430 nm è quasi uniformemente distribuito con area luminosa e alcuni di zona localizzata a 300 nm. D'altra parte, i bordi di grano mostrano emissioni più scuro. analisi CL locale rivela che la forma spettrale è relativamente paragonabile in qualsiasi posizione, con uno spostamento dei gruppi provenienti da 430 su 450 nm e l'intensità spettrale in buon accordo con le immagini. CS-CL immagine di Ca-drogati per essere, ci sono differenze significative tra i 430 ei 540 nm. patch submicron appaiono chiaramente più luminoso a 300 e 540 nm lungo un grande Poincidenza sulle particelle con regioni di confine grano più scuro, mentre l'emissione 430 nm è localizzato in un'altra sezione delle particelle. Per analisi locale, lo spettro CL assunto un 430 nm zona luminosa (punto 3) consiste di una banda a 440 nm, paragonabile a quello osservato per il campione Ca-drogato. Le aree luminose 540 nm, incorporato nella stessa particella, (punti 1 e 4) mostrano una banda a 480-490 nm. Piccole aree luminose 300 nm (punto 2) e la regione bordo di grano scuro (punto 5) mostrano una banda a 440 nm con la spalla a 480 nm, con occasionalmente emissione a 310 nm. Sulla base della letteratura e XRD analisi, possiamo attribuire la banda centrata a circa 430 nm a Ce 3+ in JEM 22 e che a 480 nm a Ce 3+ in α-SiAlON 23. L'emissione ampia scura è nato a Ce 3+ in β-SiAlON, e che a 310 nm a Sialon materiale ospite. Questi risultati dimostrano che il cambiamento rosso e l'ampliamento dei picchi CL in base alla Ca doping non possono essere attribuiteai cambiamenti Ca-indotte nel campo di cristallo scissione del Ce 3+ come inizialmente pensato, ma più per la coesistenza di diverse fasi all'interno delle stesse particelle e la graduale trasformazione di β-SiAlON di alfa-SiAlON con Ca doping. Sebbene l'osservazione dei diversi centri di emissione e la loro distribuzione è possibile utilizzando CL bassa energia, può non essere sufficiente per comprendere appieno la natura dei centri di luminescenza. In tali casi, è necessario combinare le misurazioni CL con altre tecniche. Poiché gli elettroni incidenti possono generare altri segnali accanto CL, è possibile correlare direttamente l'emissione luminosa con proprietà strutturali elettrica, chimica o studiando la stessa area con le diverse tecniche a fascio elettronico. Così, la correlazione di CL con alta risoluzione TEM (HRTEM) ed EBIC è stato usato per caratterizzare difetti quali dislocazioni o difetti di impilamento. Quanto ala variazione di concentrazione / composizione, la combinazione di CL con TEM, EDS o spettroscopia Auger può risultare in una migliore comprensione dell'origine della luminescenza. Qui, illustriamo questo aspetto studiando l'emissione di polvere di AlN Si-drogato. Figura 7 mostra le immagini CS-CL e CS-EDS (a, b) e locali spettri (c, d) di AlN particelle drogato con 4,0% Si doping. L'immagine CS-CL è stata presa a 350 nm, mentre l'immagine CS-EDS consiste nella sovrapposizione di distribuzione Si e Al. L'immagine CS-CL mostra più scuro struttura allungata nel centro delle particelle. spettri CL locali adottate nella regione luminosa costituiti da un forte picco a 350 nm con spalle a 280, 380 e 460 nm. Tuttavia, vi sono evidenti cambiamenti nei rapporti tra queste diverse bande con la posizione. Aree mostrano una emissione luminosa a 350 nm (punto 1) mostra una maggiore emissione di 280 nm e più piccolo di emissione 460 nm rispetto al main banda a 350 nm, mentre la patch scura allungata (punto 2) mostra una minore emissione di 280 nm e superiori di emissione 460 nm rispetto alla banda principale a 350 nm. Il 460 nm è originato da Si-accomodante difetti di AlN 24. immagini EDS e spettri locali rivelano che la zona allungata scura mostrano un più piccolo Al e superiori composizione Si rispetto al resto delle particelle. Rispetto ai risultati osservati in figura 5, si può supporre che aumentando la quantità di Si in AlN, una reazione secondaria avviene tra Si e AlN, che induce la formazione di fasi SiAlON. I due parametri importanti per un materiale utilizzati in dispositivi sono materiali ad elevate prestazioni e stabilità in condizioni di stress. Infatti, una degradazione delle proprietà del materiale sotto sforzo ridurrà la durata, il che non è industrialmente realizzabile. Così, per dispositivi a fascio elettronico stimolati, come tubi catodici (CRT) e FED, è necessary sviluppare fosfori resistenti fascio elettronico irradiazione e / o per comprendere i meccanismi a fascio elettronico indotte per prevenire o ridurre tali effetti. La degradazione luminescenza può avvenire attraverso diversi meccanismi, come ad adsorbimento / desorbimento o la carica in corrispondenza delle superfici, creazione o attivazione di difetti, ecc 25-27. Sebbene queste variazioni di intensità complicano l'analisi quantitativa dei risultati CL, possono essere usati per studiare la durata di dispositivi optoelettronici. Per illustrare questo punto, abbiamo gli spettri CL e evoluzioni dei due fosfori blu-emitting, Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N e Si / Eu-drogato nitruro di alluminio. La figura 8a mostra gli spettri CL per Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N e Si / Eu-drogato AlN dopo 20 secondi di irradiazione a 5 kV. Entrambi i campioni mostrano un'emissione blu intenso: la posizione della banda e l'intensità per Ce-drogato La <sub> 5 Si 3 O 12 N sono 456 nm e 3.270 cps, rispettivamente, mentre quelli per Si / Eu-codoped AlN sono 466 nm e 3.100 cps. A priori, la differenza principale tra questi 2 campioni è l'ampiezza dell'emissione, dall'emissione di Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N è maggiore a causa della coesistenza di numerose bande. Così, sembra che entrambi i materiali sono adatti come fosfori blu emettitori per FED, e che dobbiamo considerare criteri come costo di fabbricazione, la compatibilità con gli altri fosfori o la stabilità delle proprietà di luminescenza sotto irradiazione a fascio elettronico, per determinare la più adatto. figura 8b mostra le evoluzioni di intensità CL di Ce-drogato la 5 Si 3 O 12 N e Si / Eu-drogato AlN durante l'irradiazione a fascio elettronico a 5 kV. Per Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N, l'intensità diminuisce da 3.270 a 450 cps a 5 min e a 95 cps a 60 min. Vale a dire, in 3.600 sec5 kV irradiazione, l'intensità diminuisce più del 95% dell'intensità iniziale. Per Si / Eu-drogato AlN, l'intensità diminuisce 3.100 a 2.500 cps a 60 min, cioè una diminuzione del 20% di tale intensità iniziale. Questi risultati mostrano chiaramente che il AlN Si / Eu-drogato è molto migliore candidato di Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N è dovuta alla sua maggiore stabilità. Figura 1: luminescenza di terre rare drogati fosfori SiAlON Immagini di diversi fosfori sotto visibile (a) e raggi ultravioletti (b) la luce.. (C) normalizzato CL spettri di Eu 2+ in diversi reticoli di accoglienza. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura. <p class="jove_content" fo:keep-together.within- page = "1"> Figura 2: Configurazione di CL (a) fotografia del SEM con Cl sistema, con inserto una fotografia dello specchio ellissoidale.. (B) immagine schematica del sistema di rilevamento della luce. Fate clic qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 3: Preparazione di fosfori SiAlON (a) Determinazione delle polveri di partenza, condizioni peso e sinterizzazione;. (B) miscelazione delle polveri prime; (C) sinterizzazione della miscela di polveri; (D) polveri sinterizzate prima e dopo la frantumazione.target = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 4:. Sezione preparazione (a) miscelazione delle polveri con resina e l'indurente, e aria evaporazione nella miscela. (B) Versare in uno stampo in silicone e riscaldamento. (C) lucidatura dei chip da handy-giro e Ar-ioni sezione lucidatrice. (D) Misurazione zona lucido trasversale. Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 5:. Distribuzione core-shell in AlN Si-drogato (a) CL spettri di polveri AlN drogato con 1,6% di Si a 5 kV. (B – c) le immagini CL presa a 5 kV e 280 nm per as-sinterizzato (b) e polveri (c) AlN sezionato drogati con 1,6% di Si, rispettivamente. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura . Figura 6:. Analisi locale di fosforo JEM Ca-drogato CS-SE, combinate immagini CS-CL a 300 nm (rosso), 430 nm (blu) e 540 nm (verde) e spettri di CL locale presa a 5 kV per fosfori JEM drogato con 0 (a, b, c) e 0,69 (d, e, f) a. % Di Ca rispettivamente.ig6large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. Figura 7:.. CL e EDS confronto delle immagini Si-drogati AlN CS-CL e CS-EDS (A, C) e locale spettri (b, d) di nitruro di alluminio particelle drogati con 4,0% di Si doping Cliccate qui per visualizzare un grande versione di questa figura. Figura 8:. Stabilità Luminescence di due fosfori blu (a) CL spettri di Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N e Si / Eu-drogato AlN dopo 20 secondi di irradiazione a 5 kV. (b </strong>) Evoluzioni di intensità CL di Ce-drogato La 5 Si 3 O 12 N e Si / Eu-drogato nitruro di alluminio durante l'irraggiamento a fascio elettronico a 5 kV. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.