Yb注入Si后的退火结晶、杂质迁移及光致发光规律

用卢瑟福背散射/沟道技术和光致发光测试技术研究了室温下350keVYb~+以1×10~(15)Yb·cm~(-2)的剂量注入单晶硅后,在不同快速热退火温度下表面非晶层的固相外延结晶,结晶过程中Yb的迁移和其光致发光发射。在800,900和1000℃快速热退火温度下,表面非晶层的固相外延结晶都在掺杂区域发生中断,同时观察到Yb在晶体/非晶界面和表面的双偏析新现象,并且Yb的光致发光强度随退火温度的增加而增加。但在1200℃退火温度下,表面非晶层则完全结晶,伴随着结晶过程Yb几乎全部堆积到了表面附近,并导致了 关键词：     

低温光致发光研究硅单晶中杂质和缺陷

用低温光致发光技术,研究了硅单晶中浅能级杂质和热处理引进的缺陷,得到各种浓度掺棚和掺磷的硅的光致发光光渚,并作出了相应的定量分析.实验中已探测到的硼的浓度低达5×10~(11)cm~(-3).观察了光致发光强度与激发光强度的关系,还用光致发光技术分析了450℃附近热处理引进的热施主的行为.结果表明,低温光致发光可以作为测量高纯半导体单晶硅中微量杂质硼和磷的含量及分析热处理硅单晶中的缺陷的有效手段.     

稀土掺杂硅基薄膜的高效发光特性

测量了在不同离子注入剂量,不同退火条件下的Nd注入Si基晶片室温光致发光谱,结果表明它们均具有蓝、紫发光峰,且发光稳定。在一定范围内发光效率随掺杂浓度的增加而增大,随退火条件的不同而改变。在实验室条件下,对掺杂硅片和单晶硅片进行电化学腐蚀制成多孔硅样片,同时用适当配比的HNO3对以单晶硅为基底的多孔硅进行处理,测试了腐蚀后各类样品的光致发光（PL）谱。发现掺稀土Nd的多孔硅和用HNO3处理的多孔硅的发光效率有显著提高。     

Dy3+单掺和Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的发光性能

采用高温熔融法和热处理工艺制作了含有GdF3纳米晶的氧氟微晶玻璃。在386 nm激发下,Dy3+掺杂氧氟微晶玻璃的发光强度明显增强,且蓝光对黄光的发光强度比逐渐增大,表明Dy3+已进入到GdF3纳米晶中。在980 nm激光器泵浦下,Er3+,Yb3+共掺氧氟微晶玻璃的上转换发光随着热处理温度的升高明显增强,Er3+的上转换发光出现明显的Stark分裂现象,这亦说明Er3+已进入到GdF3纳米晶相中。通过研究上转换发光强度与泵浦功率的关系,确定绿光上转换发光为双光子过程。     

温度对稀土离子掺杂ZBLAN玻璃上转换发光的影响

研究了Er3+,Pr3+和Yb3+共掺杂ZBLAN玻璃在960nm激光泵浦下的上转换发光的温度特性.温度变化范围为室温到300℃.结果表明Pr3+离子的发光强度随温度的增加,先增加;达到极大后,随温度的增加下降.Er3+发光强度随温度增加单调下降.     

稀土Tb3+掺杂纳米ZnO的发光性质

ZnO是一种优良的直接宽带隙半导体发光材料(Eg=3.4 eV),具有优异的晶格、光学和电学性质,稀土离子掺杂浓度和热处理温度对ZnO∶Re3 纳米晶发光强度、峰位变化等光学性质具有重要影响.利用溶胶-凝胶法(Sol-Gel),在不同退火温度下,制备了不同浓度的ZnO∶Tb3 纳米晶.室温下,测量了样品的X射线衍射谱(XRD)、光致发光谱(PL)和激发谱(PLE).观察到纳米ZnO基质在520 nm附近宽的绿光可见发射和稀土Tb3 在485,544,584和620 nm附近的特征发射.通过ZnO基质可见发射强度和稀土Tb3 特征发射强度随Tb3 掺杂浓度、退火温度的变化关系,获得了5D4→7F5跃迁的绿色主发射峰最强的样品制备工艺参数,其退火温度为600℃、掺杂浓度为4 at%;给出了稀土Tb3 的激发态5D4→7F6(485 nm),5D4→7F5(544 nm)和5D4→7F4(584 nm)的发射机制;证实了稀土Tb3 与纳米ZnO基质之间存在双向能量传递.     

(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜的发光性质

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在n型si(100)衬底上制备(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜,研究了室温下薄膜的结构、形貌和光致发光性能.研究结果表明,随着Li掺杂浓度的增加,可见光发光强度增加,可见光发射可能是源于单电离氧窄位到价带顶以及单电离氧空位到Li替位Zn(Lizn)受主跃迁的双重作用.与此类似,Cu掺杂Zn...     

掺Pr~(3+)氟化物玻璃发光特性研究

采用熔融法制备Pr3+掺杂的50Zr F4-50(Ba F2-YF3-Al F3)-x Pr F3氟化物玻璃,系统研究了其在不同激发条件下的光致发光和闪烁发光性能。测试结果表明,Pr3+位于可见波段、属于f→f跃迁(3P0→3H4、3P0→3H6、3P0→3F2等)的光致发光最佳摩尔分数为0.6%,并且随着Pr3+浓度的增加,486 nm处的荧光寿命从56 ms下降到11 ms,浓度猝灭效应明显;而X射线激发时,最佳发光摩尔分数上升到1.0%。Pr3+位于紫外波段的4f→5d跃迁光致发光强度随着Pr3+浓度的增加一直增强。这是由于4f→5d跃迁能级差大,氟化物声子能量较低,而产生交叉弛豫需要很多声子,故难以发生浓度猝灭效应。当采用X射线激发时,检测到较强486 nm的发光,而未探测到紫外发光。     

氧、硼、磷掺杂对氢化非晶硅中铒1.54μm发光的作用

利用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术生长氧、硼、磷掺杂的氢化非晶硅薄膜.在室温下注入铒离子后研究三种掺杂元素对铒离子发光的作用.室温下观察到很强的光致发光现象.氧的引入并且和铒离子形成发光中心,提高了铒离子的发光强度.退火实验表明氧、硼、磷的掺杂补偿了材料中的缺陷,提高了氢的逃逸温度,改善材料的热稳定性,使材料的退火温度因掺杂元素的加入而提高,铒的发光得到增强.讨论了铒离子的发光机制.     

氧，硼，磷掺杂对氢化非晶硅中饵1.54um发光的作用

利用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）技术生长氧、硼、磷掺杂的氢化非晶硅薄膜。在室温下注入饵离子后研究三种掺杂元素对饵离子发光的作用。室温下观察到很强的光致发光现象。氧的引入并且和饵离子形成发光中心，提高了饵离子的发光强度。退火实验表明氧、硼、磷的掺杂补偿了材料中的缺陷，提高了氢的逃逸温度，改善的热稳性，使材料的退火温度因掺杂元素的加入而提高，饵的发光得到增强。讨论了饵离子的发光机制。     

La、Ce掺杂ZnO纳米晶的发光特性

共沉淀法制备了稀土镧、铈掺杂的ZnO半导体纳米晶。X射线衍射(XRD)结果表明:掺杂的ZnO纳米晶为六方纤锌矿结构,随掺杂浓度增加ZnO粒径减小。对铈掺杂纳米ZnO,以波长380nm激发,在443nm处出现了半峰宽较窄的强的蓝光发射峰;镧掺杂ZnO纳米晶则为从418~610nm的多峰宽带发射。     

Phonon-assisted energy up-conversion process of Er3+ ions doped in KY F4 crystal

Er³⁺ ions doped in KY F₄ crystal emit blue photoluminescence around 406 nm by energy up-conversion process when excited by 532 or 488 nm laser. By measuring the temperature dependence of up-converted luminescence, we found that the up-conversion process is enhanced with increasing temperature, which is an indication that phonons are assisting the process. This observation is supported by the fact that the energy transfer responsible for the up-conversion involves two transitions that have an energy mismatch.     

Ce~(3+)和Tb~(3+)掺杂钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃的发光性能

采用高温熔融法制备Ce~(3+)或Tb~(3+)单掺和Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺钆-钡-硅酸盐闪烁玻璃。通过透射光谱、光致激发和发射光谱、X射线激发发射光谱及荧光衰减曲线等手段对其发光性能进行研究。实验结果表明:在紫外光的激发下,Tb~(3+)掺杂闪烁玻璃发出明亮的绿光(544 nm),而Ce~(3+)掺杂闪烁玻璃发出蓝紫光。对于Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃,在紫外光和X射线激发下均观察到Ce~(3+)离子敏化Tb~(3+)离子发光的现象,这是由于存在Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量转移。Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃的最佳Ce2O3掺杂摩尔分数为0.2%,此时Ce~(3+)离子向Tb~(3+)离子的能量传递效率为45.7%。在X射线激发下,Ce_2O_3摩尔分数为0.2%的Ce~(3+)/Tb~(3+)共掺闪烁玻璃在544 nm处的发光强度是Bi_4Ge_3O_(12)(BGO)闪烁晶体在500 nm处发光强度的4.2倍,积分闪烁效率达到BGO晶体的55.6%,这有利于在高分辨率医学成像中降低辐射剂量。     

稀土掺杂磷酸钇荧光粉的控制合成和发光性能

利用水热法分别合成了Ce~(3+)、Tb~(3+)共掺杂的YPO_4下转换荧光粉和Er~(3+)、Yb~(3+)、Tm~(3+)共掺杂的YPO_4上转换荧光粉,经过工艺优化获得了1μm左右尺寸均匀的发光材料。通过系列实验研究了反应温度、反应时间、稀土离子掺杂比例和退火温度对样品发光性能的影响。YPO_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉在295 nm紫外光的激发下产生下转换发光效应,当Tb~(3+)摩尔分数为1%时得到明亮的绿光;YPO_4∶Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)荧光粉在980nm近红外光激发下产生上转换发光效应,当稀土离子中Er~(3+)摩尔分数为3%时,所制备的样品经过1 000℃退火处理后发出很强的暖白光。     

Ce3+注入对不同尺寸的nc-Si/SiO2 超晶格发光特性的影响

通过电子束蒸发方法以及高温退火处理,得到nc-Si/SiO₂超晶格。将样品分别注入剂量为2.0×10¹⁴ cm^-2和2.0×10¹⁵ cm^-2的Ce³⁺,再对其进行二次退火处理,获得多组样品。通过对样品光致发光光谱的分析发现,样品发光强度的变化不仅受到Ce³⁺注入剂量的影响,而且也受到nc-Si颗粒大小的影响。在相同注入计量和相同的二次退火处理温度下,nc-Si颗粒较大的样品经Ce³⁺注入后其发光强度增强较为明显。     

纳米YAG∶Ce3+, Mn+(Mn+=Ca2+, Gd3+)荧光粉的结构与发光性能

当前商用白光LED器件中YAG∶Ce3+荧光粉的单一黄光发射,导致其缺乏红光限制了器件的应用和发展,在YAG∶Ce3+中掺杂其他离子是解决该问题的有效途径之一。采用溶胶凝胶法制备了系列单掺Ce3+,Ca2+和Gd3+的YAG纳米荧光粉。研究了离子掺杂量对荧光粉的物相、结构、形貌、粒度、发光性能及量子效率的影响,分析了发光机理。结果表明：制备的纳米荧光粉粒径为100～200 nm。Ce3+和Gd3+掺杂时均得到YAG纯相,但晶体结构膨胀,晶面衍射峰向小角度方向移动。样品结晶度随Ce3+和Ca2+(<0.025 mol)掺杂量增大变化不明显,随Gd3+则呈现逐步降低趋势。三种离子掺杂量增大时,Ce3+的晶格能上升,5d能级晶体场劈裂加剧;Gd系列荧光粉激发和发射光谱随掺杂量的增大发生红移,Ce和Ca系列则因掺杂量小表现不明显。荧光粉发光强度随Ce3+掺杂量上升先增大后减小,最佳掺杂量为0.06 mol;随Gd3+掺杂量增加逐步降低;随Ca2+掺杂量增大则急剧下降,0.03 mol掺杂量时荧光强度几乎为零,YAG晶体结构破坏,生成YAM和YAP相。研究的开展,将对后续纳米YAG荧光粉及其相关功能材料的进一步开发使用提供一定的理论依据和实践参考。     

较高掺杂浓度下CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱

制备了一种较高浓度掺杂的CdSe/ZnS量子点掺杂光纤.测量了不同掺杂浓度和不同光纤长度下的量子点光纤光致荧光光谱,得剑了荧光峰值增益最大时的量子点掺杂浓度和光纤长度.与低浓度掺杂光纤相比,较高掺杂浓度光纤中的荧光峰值光强明显提高.荧光峰值光强随光纤长度的变化在短距离内(L<1 cm)急剧上升,之后缓慢均匀下降.波长473 nm激励光强随光纤}乏度的变化呈指数形式衰减,消光系数为0.26～1.02 cm-1.在给定激励光强和激励波长的条件下,光纤中可达到最大荧光辐射的晕子点总数为一恒量.光纤中的荧光峰值波长存在红移,红移大小约8～15 nm,红移量与掺杂浓度以及光纤长度有关.这些实验结果可为今后量子点光纤放大器的研制提供参考.     

Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉的发光性质

采用微波加热固相法合成了Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉。利用XRD对样品的晶体结构进行表征,通过荧光分光光度仪对样品的激发光谱、发射光谱和能级寿命进行检测和分析。结果表明,Mg2+、Zn2+、Eu3+掺杂CaWO4不影响CaWO4基质的四方晶相。395nm激发下,与CaWO4∶2%Eu3+样品比较,分别掺杂0.5%的Mg2+或Zn2+的样品发光强度提高了1.3倍和2.1倍;与3%Mg2+或3%Zn2+掺杂CaWO4∶2%Eu3粉体发光比较,当Eu3+浓度增加为3%时,粉体的发光强度分别提高了7.3倍和14.8倍;与CaWO4∶3%Eu3+样品比较,3%的Mg2+或Zn2+掺杂后的样品光强分别提高了1.2倍和1.3倍。262nm比395nm激发同一样品的Eu3+的5D0能级寿命有所增加。与单掺2%Eu3+样品比较,随着Mg2+或Zn2+掺杂浓度增加,样品荧光寿命先增加后减小。同样激发波长下,与Mg2+或Zn2+掺杂CaWO4∶2%Eu3+样品荧光寿命相比,Eu3+浓度增加为3%时,样品的荧光寿命明显变短。     

Rare Earth Photoluminescence in Bismuth-Germanate Crystals

In the present work, the photoluminescence (PL) spectra of bismuth germanate (BGO) doped with trivalent rare earth element (REE) ions with different doping concentrations (0.03 wt% Eu, 0.4 wt% Tm, and 1.1 wt% Nd) are reported in the temperature range from 10 to 300 K using different detectors, namely, photomultiplier tube (PMT), InGaAs (IGA), and Si. The luminescence in the NIR region was also measured at room temperature. Two broad emission bands attributed to undoped BGO were found at circa 1350 and 1800 nm, respectively. The broad-band emissions are replaced by narrow-band line emissions defined by the trivalent rare earth dopants. The emission spectra from rare earth ion–doped BGO extend from 500 to 2000 nm. Rare earth ions act as the dominant recombination centers and define the emission spectra. This is interpreted as resulting from direct charge transfer from intrinsic defect traps to rare earth recombination centers. The temperature-dependent luminescence of BGO doped with 0.4 wt% Tm is also presented.     

Luminescence from Ce in sol–gel SiO2

The sol–gel process provides an attractive low temperature alternative to the melt process for producing Ce-doped silica, but reports of the emission wavelength have not been consistent. In this paper, luminescence measurements using a variety of excitation methods, including cathodoluminescence not yet reported by other researchers, are compared and evaluated in the light of previously published data. Several papers report luminescence around 350 nm but emission near this wavelength was not found from our samples. This luminescence originates from Ce that has not yet been incorporated in the silica and is found in samples that have not undergone high temperature annealing. Our photoluminescence results from samples annealed in a reducing atmosphere suggest that emission from Ce incorporated in the silica lattice occurs near 455 nm, and some indication of the emission from Ce in amorphous clusters at 400 nm is also found. However, our results also confirm earlier indications that intrinsic defects in silica can create photoluminescence near both these wavelengths, which can make identification of the luminescence due to Ce difficult. Finally, it has been found that samples which have been annealed in air, and therefore display poor photoluminescence because most of the Ce occurs in the tetravalent form, are luminescent under electron beam excitation. It is suggested that during cathodoluminescence measurements Ce⁴⁺ ions capture electrons to form excited Ce³⁺ ions from which the luminescence originates.