Catodoluminiscencia de baja energía para (Oxy) Los fósforos de nitruro

La luminiscencia se distribuye no sólo lateralmente, sino también en profundidad. Tal distribución de núcleo-superficie es observable con CL cambiando la energía de los electrones, ya que varía la profundidad de penetración de los electrones incidentes 21. Sin embargo, la profundidad de penetración varía para cada material y la correspondencia entre la energía de electrones y la profundidad de penetración no es lineal, y puede introducir algunos efectos adicionales, como la reabsorción de más alta energía fotónica de las regiones más profundas por el propio material. Por lo tanto, puede ser preferible para observar directamente la distribución del núcleo de la superficie a través de la sección transversal de observación. En caso de polvos de fósforo, tal observación se puede lograr al atrapar las partículas en una resina y pulir el material compuesto de polvo de resina por sección transversal pulidor, por ejemplo. Dado que las partículas se distribuyen al azar en la resina, la dirección de corte no es controlable. Sin embargo, la gran cantidad de partículas de unallows corte suficientes partículas para hacer este tipo de análisis válido. Para ilustrar este punto, hemos investigado la distribución de luminiscencia de polvo de AlN dopado con Si. La Figura 5A muestra los espectros de CL de polvos de AlN dopado con 0,0% y 1,6% de Si. La emisión de AlN sin dopar consta de 2 bandas a 350 y 380 nm, mientras que la de AlN dopado con 1,6% de una banda a 350 nm con un hombro claro a 280 nm. Los 350 y 380 nm bandas se atribuyen a Al-complejos de vacantes de oxígeno (O N -V Al), mientras que el hombro a 280 nm con el AlN O-purificado afectados por Si para formar vapor de SiO 22. Figura 5b y 5c muestran la CL imágenes tomadas a 280 nm durante el sinterizado y en sección transversal polvos de AlN dopado con el 1,6% de Si, respectivamente. La emisión de 280 nm no es uniforme a lo largo de las partículas de la imagen CL de la muestra como sinterizado, las áreas más brillantes parecen estar en los bordes de la partículos, pero la morfología de las partículas y su distribución pueden hacer las observaciones no es tan obvio. Sin embargo, a partir de la imagen CL de la muestra en sección transversal, parece claramente que la emisión de 280 nm se localiza principalmente en las superficies de las partículas, lo que sugiere que las partículas de AlN en realidad están recubiertas por una capa y la superficie rica en Si purificación puede proceder. cambios en la composición locales en fósforos Sialon pueden afectar drásticamente las propiedades de luminiscencia. Así, el mismo ion de tierra rara en hospedadoras distintas celosías o en diferentes sitios pueden dar diferentes emisiones 15,18-20. Pero, desgraciadamente, las diferencias locales durante la sinterización, tales como una distribución de la temperatura o el material proporción prima, o la oxidación parcial de la superficie de las partículas, se espera que, resultando en cambios de la composición a lo largo de las partículas y / o en la coexistencia de varias fases. Tales efectos pueden no ser directamente observables con técnicas de caracterización estructural y química. Por lo tanto, es importante investigar las propiedades de luminiscencia locales de un fósforo. Con el control preciso del tamaño y la posición del haz de electrones en un SEM, es posible no sólo la adquisición de un espectro de CL de una región a nanoescala, sino también para obtener imágenes de alta resolución CL de los centros de luminiscencia. (La, Ce) Al (Si 6-z Al z) (N-10 z O z) (z ~ 1) (JEM) es de un intenso color azul fosforescente que es adecuado para la iluminación general. Se ha encontrado que mediante la sustitución de (La, Ce) por Ca, un desplazamiento hacia el rojo y un ensanchamiento de los picos de CL se producen de acuerdo con Ca-dopaje. Se creía que el Ca estaba afectando el desdoblamiento del campo cristalino de Ce 3+. Sin embargo, esta explicación, basada sólo en los espectros de luminiscencia, es engañosa, como se revela por análisis local de la sección transversal. 15 La Figura 6 muestra la cruz-seccional SE (CS-SE), las imágenes CS-CL combinados a 300 nm (rojo), 430 nm (azul) y 540 nm (verde) y los espectros de CL locales tengan a 5 kV para fósforos JEM dopados con 0 (a, b, c) y 0,69 (d, e, f) a. % De Ca, respectivamente. Tiene que ha señalado que estas longitudes de onda se seleccionaron con el fin de reducir las bandas superpuestas en caso de que existan varias bandas. CS-CL imagen de la muestra sin dopar-Ca a, partículas JEM se componen de muchas partículas aglomeradas entre sí. La luminiscencia a 430 nm se distribuye casi uniformemente con una cierta área más brillante y algunos de área localizada a 300 nm. Por otra parte, los límites de los granos muestran emisiones más oscuro. análisis Local CL revela que la forma espectral es relativamente comparable en cualquier posición, con un desplazamiento de las bandas de 430 a 450 nm y la intensidad espectral en un buen acuerdo con las imágenes. imagen CS-CL de Ca dopado-For, hay diferencias significativas entre los 430 y 540 nm. parches submicrónicas claramente aparecen más brillantes a 300 y 540 nm a lo largo de un gran poRTion de las partículas con las regiones de contorno más oscuro de granos, mientras que la emisión de 430 nm se localiza en otra sección de las partículas. Por análisis local, el espectro CL tomada en una zona de 430 nm brillante (punto 3) consiste en una banda a 440 nm, comparable a la observada para la muestra sin dopar-Ca. Las áreas brillantes a 540 nm, incrustados en la misma partícula, (puntos 1 y 4) muestran una banda de 480-490 nm. Pequeñas áreas brillantes a 300 nm (punto 2) y la región de borde de grano oscuro (punto 5) muestran una banda a 440 nm con el hombro a 480 nm, con ocasionalmente en la emisión a 310 nm. Sobre la base de la literatura y DRX análisis, podemos atribuir la banda centrada en torno a 430 nm a Ce 3+ en JEM 22 y que a 480 nm a Ce 3+ en α-SiAlON 23. La ancha de emisión más oscuro se origina a Ce 3+ en β-SiAlON, y que material huésped a 310 nm a Sialon. Estos resultados demuestran que el desplazamiento hacia el rojo y el ensanchamiento de los picos CL acuerdo con Ca dopaje no pueden atribuirsea los cambios inducidos por Ca en el desdoblamiento del campo cristalino de Ce 3+ pensado inicialmente, pero más a la coexistencia de diferentes fases dentro de las mismas partículas y la transformación gradual de la β-SiAlON a alfa-SiAlON con Ca dopaje. A pesar de la observación de los diferentes centros de emisión y su distribución es posible mediante el uso de CL de baja energía, puede que no sea suficiente para entender completamente la naturaleza de los centros de luminiscencia. En tales casos, es necesario combinar las mediciones de CL con otras técnicas. Puesto que los electrones incidentes pueden generar otras señales al lado de CL, es posible correlacionar directamente la emisión de luz con propiedades estructurales eléctrica, química o mediante la investigación de la misma zona con las diferentes técnicas de haz de electrones. Por lo tanto, la correlación de CL con TEM de alta resolución (HRTEM) y EBIC se ha utilizado para caracterizar los defectos, tales como dislocaciones o defectos de apilamiento. Como parala variación de la concentración / composición, la combinación de CL con TEM, EDS o espectroscopia Auger puede resultar en una mejor comprensión del origen de la luminiscencia. Aquí, se ilustra este aspecto mediante la investigación de la emisión de polvo de AlN dopado con Si. La figura 7 muestra las imágenes CS-CL y CS-EDS (a, b) y locales espectros (c, d) de AlN partícula dopado con 4,0% de Si dopaje. La imagen CS-CL fue tomada en 350 nm, mientras que la imagen CS-EDS consiste en la superposición de la distribución de Si y Al. La imagen CS-CL muestra más oscuro estructura alargada en el centro de las partículas. Los espectros de CL locales tomadas en la región brillante consisten en un fuerte pico a 350 nm con hombros a 280, 380 y 460 nm. Sin embargo, hay cambios claros en las relaciones entre estos diferentes bandas con la posición. Áreas que muestran una emisión más brillante a 350 nm (punto 1) muestra una mayor emisión de 280 nm y emisión más pequeña 460 nm en comparación con el mbanda ain a 350 nm, mientras que el parche más oscuro alargado (punto 2) muestra una menor emisión de 280 nm y más alto de emisión 460 nm en comparación con la banda principal a 350 nm. El 460 nm se originó a partir de defectos Si-acomodar en AlN 24. imágenes EDS y espectros locales revelan que la zona alargada más oscuro muestran una Al más pequeño y más alta composición de Si en comparación con el resto de las partículas. En comparación con los resultados observados en la Figura 5, podemos suponer que al aumentar la cantidad de Si en AlN, se produce una reacción secundaria entre Si y AlN, que induce la formación de fases SiAlON. Los dos parámetros importantes para un material utilizado en dispositivos son materiales de alto rendimiento y estabilidad bajo estrés. De hecho, una degradación de las propiedades del material bajo tensión reducirá su vida útil, que no es industrialmente viable. Por lo tanto, para los dispositivos de haz de electrones estimulados, tales como tubos de rayos catódicos (CRT) y FEDs, es necesario para desarrollar fósforos resistentes de irradiación con haz de electrones y / o de comprender los mecanismos de haz de electrones inducidos con el fin de prevenir o reducir estos efectos. La degradación de luminiscencia puede ocurrir a través de diferentes mecanismos, como la adsorción / desorción o de carga en las superficies, la creación o la activación de defectos, etc. 25-27. Aunque estas variaciones de intensidad complican el análisis cuantitativo de los resultados de CL, que pueden ser utilizados para investigar la vida útil de los dispositivos optoelectrónicos. Para ilustrar este punto, tenemos los espectros y evoluciones de dos fósforos azules emisores de CL, Ce-dopado La 5 Si 3 O 12 N y Si / Eu-dopa AlN. Figura 8a muestra los espectros de CL de dopado-Ce La 5 de Si 3 O 12 N y Si / Eu dopado AlN después de 20 seg de irradiación a 5 kV. Ambas muestras presentan una emisión de color azul intenso: la posición de la banda y la intensidad para La dopado-Ce <sub> 5 Si 3 O 12 N son 456 nm y 3.270 cps, respectivamente, mientras que los de Si / AlN codopado-Eu son 466 nm y 3.100 cps. A priori, la principal diferencia entre estas 2 muestras es la amplitud de la emisión, ya que la emisión de dopado Ce-La 5 Si 3 O 12 N es mayor debido a la coexistencia de varias bandas. Por lo tanto, parece que ambos materiales son adecuados como fósforos azules emisores de FEDs, y que tenemos que considerar criterios como el costo de fabricación, la compatibilidad con los otros fósforos o la estabilidad de las propiedades de luminiscencia bajo irradiación con haz de electrones, para determinar la más adecuado. Figura 8b muestra la evolución de la intensidad de CL Ce-dopado la 5 Si 3 O 12 N y dopado con Eu Si / AlN durante la irradiación con haz de electrones a 5 kV. Para Ce-La dopado 5 Si 3 O 12 N, la intensidad disminuye de 3.270 a 450 cps en 5 min y hasta 95 cps en 60 min. Es decir, bajo 3.600 secde la irradiación de 5 kV, la intensidad disminuye más de 95% de la intensidad inicial. Para AlN dopado con Eu Si /, la intensidad disminuye 3,100 a 2,500 cps en 60 min, a saber, una disminución de 20% de esta intensidad inicial. Estos resultados muestran claramente que el AlN dopado con Eu Si / es mucho mejor candidato que dopado-Ce La 5 Si 3 O 12 N es debido a su estabilidad superior. Figura 1: La luminiscencia de las tierras raras dopados fósforos SiAlON fotografías de diferentes fósforos en (a) y ultravioleta (b) la luz visible.. (C) los espectros de CL Normalizado de Eu 2+ en diferentes entramados de acogida. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <p class="jove_content" fo:keep-together.within- page = "1"> Figura 2: Configuración de CL (a) Fotografía del sistema de SEM con CL, con la inserción de una fotografía del espejo elipsoidal.. (B) la imagen esquemática del sistema de detección de luz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: Preparación de fósforos SiAlON (a) Determinación de los polvos de partida, el peso y sinterización condiciones;. (B) La mezcla de los polvos primas; (C) sinterización de la mezcla en polvo; (D) los polvos sinterizados antes y después de la trituración.target = "_ blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4:. Preparación de la sección transversal (a) La mezcla de los polvos con la resina y el endurecedor, y el aire de evaporación en la mezcla. (B) Verter en un molde de silicona y calefacción. (C) El pulido de las fichas por mano vueltas y Ar-ion sección transversal pulidora. (D) Medir el área de pulido de la sección transversal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5:. La distribución de núcleo-envuelta en AlN dopado con Si (a) CL espectros de polvos de AlN dopado con 1,6% de Si a 5 kV. (B – c) imágenes CL tomada en 5 kV y 280 nm durante el sinterizado (b) y polvos (c) de AlN seccionadas transversalmente dopado con el 1,6% de Si, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura . Figura 6:. Análisis local de fósforo JEM dopado con Ca CS-SE, combinados imágenes CS-CL a 300 nm (rojo), 430 nm (azul) y 540 nm (verde) y los espectros de CL locales tengan a 5 kV para fósforos JEM dopado con 0 (a, b, c) y 0,69 (d, e, f) a. % De Ca, respectivamente.ig6large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 7:.. CL y EDS comparación de dopados-Si las imágenes de AlN CS-CL y CS-EDS (a, c) y locales espectros (b, d) de AlN partículas dopadas con 4,0% de Si dopado Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 8:. La estabilidad de luminiscencia de dos fósforos azules (a) CL espectros de dopado Ce-La 5 Si 3 O 12 N y Si / Eu dopado AlN después de 20 segundos de irradiación a 5 kV. (b </strong>) Evoluciones de intensidad de CL-dopado Ce La 5 Si 3 O 12 N y Si / Eu dopado con AlN durante la irradiación con haz de electrones a 5 kV. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.