| 摘 要： | 稀土掺杂荧光薄膜的发光性能与薄膜所经历的后退火处理密切相关。为了解退火对磁控溅射制备的Y_2O_3∶Eu~(3+)薄膜发光性能的影响,在三种不同的工艺条件下,采用射频磁控溅射方法制备了三组厚度100多纳米的Y_2O_3∶Eu~(3+)薄膜样品,并在氧气气氛和常压条件下对每组的四个样品分别进行室温、 700、 900和1 100℃的2 h退火处理。样品的X射线衍射谱(XRD)、电子能量色散谱(EDS)、光致发光(PL)及其激发光谱的测量结果表明,虽然薄膜是在不同条件下溅射得到的,但经相同的退火处理后,它们的发光和结构却都呈现出相同的变化规律。首先,薄膜荧光的主激发机制不受退火温度的影响,都是波长为252 nm的电荷转移激发。其次, 700℃退火处理仍不能有效地改变薄膜的弱发光性能;当退火温度达到900℃时,伴随着薄膜中立方相晶粒的增大,发光强度也得以显著提升,薄膜在252 nm光激发下发射出中心位于612 nm的立方相特征主峰;当薄膜经历1 100℃退火处理后,膜内发生了从立方相到单斜相为主的结构相变,此时,膜中Eu对Y的原子数含量比被明显降低至0.05%左右,但光发射效率和强度却得以提高,发射光谱呈现出以~5D_0→~7F_2电偶极跃迁的623 nm为主峰的单斜相强发光特征,同时,~5D_0→~7F_1磁偶极跃迁的发光也比立方相的明显增强。这些结果可归因于发光中心Eu~(3+)在单斜结构中占据了更多的非中心对称格位,以及高温退火导致薄膜较好的结晶度。另外还发现,立方相Y_2O_3∶Eu~(3+)的~5D_0→~7F_0电偶极跃迁581 nm发光峰很弱,而单斜相Y_2O_3∶Eu~(3+)在该处的发光却相当明显,此特征可以作为薄膜中单斜相形成的一个提示信号。这个工作展示了磁控溅射制备的Y_2O_3∶Eu~(3+)薄膜的退火效应,提供了一种制备具有更好的红光发射性能的纳米单斜相Y_2O_3∶Eu~(3+)薄膜的实验方法,并揭示了这种薄膜从纳米立方相到单斜相转变时PL谱的一些演变特征及其结构根源。
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