Eu3+掺杂荧光材料光学性质及用PLD沉积其薄膜特性的研究

论文摘要

稀土离子特殊的4f电子组态能级、4f5d能级及电荷转移带结构,使稀土发光材料已经成为信息、绿色照明工程、光电子等领域的支,同时这些应用又促进了基础学科的发展。我国具有丰富的稀土资源,深入开展稀土发光材料的基础研究,对于发展国民经济及其高新技术产业等都有重要的意义。本文开展了以下几个方面的研究:本文用显微拉曼谱仪在波长为785nm的激光激发下,对Y2O3:Eu陶瓷在温度83-473 K间进行了系统的变温拉曼实验研究;在波长为514.5nm的激光激发下,在相同的温度区域对样品进行了变温荧光实验研究。实验发现Y2O3:Eu的一些振动模在低温下没有出现,只有当温度达到一定值之后才可以被观察到,分析表明这是由于温度变化引起的简并振动模式分裂。此外,Y2O3:Eu的拉曼峰位、半高全峰宽（FWHM）也是温度的非线性函数,且不同的拉曼峰遵循不同的函数关系,本文分析这是由于晶格的各向异性导致的。荧光峰随温度的升高逐渐宽化,荧光峰FWHM随温度的变化近似呈线型,这是因为电子-声子相互作用随温度升高而不断增强。为探讨La替换Y对发光材料Y2O3:Eu的影响,我们以（Y1-xLax）2O3为基质材料（x=0,0.05,0.1,0.2,0.3）,在其中掺入了原子比为5%的Eu离子,对其进行荧光光谱和拉曼光谱的研究。实验发现,在同一温度条件下,随着x的增大,（Y1-xLax）2O3:Eu的荧光强度降低。这可能是由于La对Y的置换引起的晶格膨胀所导致的负压力效应的影响;同时这种离子替换也导致晶格畸变和缺陷增多,它们成为激发电子的陷阱和光子的吸收中心。两者可能都导致荧光强度随x值增大而减少。荧光峰宽随x增大而增大的现象是由于La离子对Y离子的替换引发的晶格畸变,导致谱线出现了非均匀展宽。拉曼峰宽随x增大而宽化的现象可能是由于La的掺入导致Y2O3晶格局域性畸变引起的我们用传统的高温固相合成法合成了Y2O3:Eu陶瓷靶,用脉冲激光沉积的方法制备了Y2O3:Eu薄膜。通过XRD的检测,我们制备了相纯度很高的Y2O3:Eu陶瓷靶和高质量的薄膜。通过SEM的检测,在金属固定片和衬底交界处这一特殊位置,发现了晶粒从无序到有序逐渐长成岛状膜,直至最后岛状膜相连成致密的薄膜。生长岛是按照一定规律排列成图案,从AFM图中也可以观测到这一现象。而形成这一现象的机制我们还在进一步研究中。我们对以Y替换La的化合物（La1-xYx）2O3:Eu（x=0,0.05,0.1）陶瓷样品荧光光谱进行了研究。实验结果发现,当x逐渐增大时,样品的荧光峰的强度逐渐减弱,荧光峰也会随之出现宽化现象,可能是由于Y离子对La离子的替代导致了晶收缩而整个晶格处于化学正压力作用下,同时也导致晶格畸变和缺陷增多,使无辐射弛豫增加和应力加宽,从而降低荧光强度。样品的拉曼谱也随x增加而宽化,这是因为晶格局域性畸变导致各项异性增强造成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 综述部分
• 第一章 稀土材料的研究概述
• 1.1 稀土元素的结构特点与价态
• 1.1.1 稀土元素的电子层结构特点
• 1.1.2 稀土元素的价态
• 1.2 稀土元素的一般物理性质
• 1.3 稀土元素的光谱学性质
• 1.4 稀土发光材料
• 1.4.1 稀土发光材料概述
• 1.4.2 稀土发光材料的优点
• 1.4.3 稀土发光材料的应用
• 参考文献
• 第二章 固体发光理论基础
• 2.1 固体发光原理概述
• 2.1.1 固体发光原理
• 2.1.2 固体发光材料的组成
• 2.2 稀土离子的荧光性质
• 2.2.1 稀土荧光的产生
• 2.2.2 光学跃迁
• 2.2.3 稀土离子的荧光性能
• 2.3 稀土离子在固态基质中发光的影响因素
• 2.3.1 稀土激活剂种类及浓度的影响
• 2.3.2 基质晶格的影响
• 2.3.3 温度效应的影响
• 2.3.4 压力的影响
• 参考文献
• 第三章 脉冲激光沉积技术概述
• 3.1 薄膜制备技术简介
• 3.1.1 分子束外延（MBE）
• 3.1.2 溅射法（Sputter）
• 3.1.3 金属有机化学气相沉积（MOCVD）
• 3.1.4 脉冲激光沉积（PLD）
• 3.2 脉冲激光沉积（PLD）原理和优点
• 3.2.1 脉冲激光沉积（PLD）原理
• 3.2.2 脉冲激光沉积的优点
• 3.2.3 PLD工艺参数对成膜质量的影响
• 3.3 脉冲激光沉积的应用
• 参考文献
• 第四章 拉曼散射概述
• 4.1 拉曼光谱简介
• 4.2 拉曼光谱的特点
• 4.3 拉曼光谱法的应用
• 参考文献
• 实验研究
• 2O₃:Eu 变温拉曼光谱和荧光光谱分析'>第一章 荧光材料Y₂O₃:Eu 变温拉曼光谱和荧光光谱分析
• 1.1 引言
• 1.2 实验
• 1.3 结果与讨论
• 1.4 结语
• 参考文献
• 1-xLa_x)₂O₃: Eu（x=0, 0.05 ,0.1 ,0.2 ,0.3）荧光和拉曼光谱研究'>第二章 多晶材料(Y_1-xLa_x)₂O₃: Eu（x=0, 0.05 ,0.1 ,0.2 ,0.3）荧光和拉曼光谱研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 结论
• 参考文献
• 2O₃∶Eu薄膜表面形态的研究'>第三章 脉冲激光沉积(PLDY₂O₃∶Eu薄膜表面形态的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 靶材制备
• 3.2.2 衬底清洗
• 3.2.3 沉积镀膜
• 3.2.4 退火
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 参考文献
• 1-xY_x)₂O₃:Eu（x=0, 0.05 ,0.1）荧光和拉曼光谱研究'>第四章 多晶材料(La_1-xY_x)₂O₃:Eu（x=0, 0.05 ,0.1）荧光和拉曼光谱研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 3+掺杂荧光材料光学性质及用PLD沉积其薄膜特性的研究的展望'>Eu³⁺掺杂荧光材料光学性质及用PLD沉积其薄膜特性的研究的展望
• 附录：攻读硕士期间论文发表情况
• 致谢