a-SiN_xO_y∶Er^(3+)薄膜的光致发光

采用射频 (RF)反应共溅射法制备了 a- Si Ox Ny∶ Er3+薄膜 ,在不同温度下进行退火处理 ,并测量了样品的可见及红外发光 PL谱 ,观察到 Er3+ 在 5 5 0 nm、5 2 5 nm和 15 32 nm的发光以及基质在 6 2 0 nm和 72 0 nm的发光 .发现退火能明显增强 Er3+ 的发光且对可见和红外发光的影响不同 ,讨论了退火明显增强 Er3+ 发光及退火对可见和红外发光影响不同的机理 .测量了 Er3+ 可见发光的变温 PL谱 ,讨论了退火对 Er3+ 不同能级辐射跃迁几率的影响 .根据基质发光随退火温度的变化 。

磁控溅射制备Er^(3+)掺杂Al_2O_3薄膜的上转换发光特性

Al_2O_3作为太阳能电池的钝化层,如果掺入稀土元素Er^(3+)通过吸收红外光并将其上转换为可见光被硅吸收,则可以提高太阳能的利用率。本文采用磁控溅射法制备得到厚度为500 nm左右的不同浓度Er^(3+)掺杂Al_2O_3薄膜。X射线衍射测试表明薄膜由θ-(Al,Er)_2O_3、Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3相构成。通过波长980nm的激光器激发产生光频上转换,获得了490 nm的绿光和670nm的红光发光,分别对应于Er^(3+)的~4F_(7/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的能级跃迁。当Er^(3+)掺杂浓度为0.6%(摩尔比)时,上转换发光强度最强。上转换发光强度受到Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3晶体的生成以及Er^(3+)掺杂浓度的影响,并且对红光的影响要大于绿光。Er^(3+)掺杂Al_2O_3薄膜相比粉体材料具有较低的声子态密度,从而抑制了Er^(3+)无辐射跃迁,得到了不同于粉体材料的490nm绿光的发光。

纳米Ag薄膜增强Er^(3+)/Yb^(3+)共掺Al_2O_3薄膜上转换发光特性研究

采用射频磁控溅射在石英基底上制备Al_2O_3:Er^(3+)/Yb^(3+)薄膜,在其表面采用直流磁控溅射沉积纳米Ag薄膜。上转换发光测试表明在491和678 nm的发射峰出现了5.8倍和5.2倍的增强。X射线衍射、原子力显微镜以及透射﹑吸收和散射光谱表明:491 nm发射增强主要源于局域表面等离子或表面等离子与发射带的共振耦合辐射机制,而678 nm发射增强主要源于纳米Ag膜对荧光的LSP散射机制。

适温离子交换掺铒铌酸锂薄膜的制备研究

本文通过制备KNO_(3)和Er(NO_(3))_(3)熔融混合物,将其与铌酸锂薄膜在高温管式炉中混合进行适温热扩散,并结合退火工艺,发明了一种直接在铌酸锂薄膜上掺杂Er^(3+)的方法。通过不断变换热扩散温度、掺杂试剂浓度比例和晶体切向等参数,用控制变量法探究了不同参数对适温离子交换法掺杂Er^(3+)效果的影响,在热扩散和退火温度360℃及KNO_(3)和Er(NO_(3))_(3)质量比25∶1的参数设置下获得了表面形貌较佳的Z切掺铒铌酸锂薄膜。通过飞行时间二次离子质谱仪并利用已知掺杂浓度的薄膜进行定标,检测了所获得的掺铒铌酸锂薄膜中的Er^(3+)浓度情况,对所采用适温离子交换法的有效性进行了验证。这一方法大幅简化了铌酸锂薄膜掺杂的工艺,同时节约了成本,有助于后续在铌酸锂薄膜平台上实现分区掺杂的工作,为未来定制化铌酸锂光子集成平台的搭建提供参考。

镱铒共掺Al_2O_3薄膜光致发光特性优化

用中频磁控溅射方法在SiO2/Si基底上制备了五组固定掺铒浓度不同镱铒浓度比率的镱铒共掺Al2O3薄膜样品.室温下测量了薄膜在1.430μm^1.630μm波段范围内光致发光光谱.研究发现,镱的掺入有效地提高了三价铒离子的光致发光强度,最优的镱铒掺杂为:掺铒0.33 mol%,Yb3+∶Er3+=10∶1,比相同掺铒浓度单掺铒样品光致发光峰值强度增强40倍;确定的掺铒浓度,有着固定的最佳镱铒浓度比率,主要是镱铒离子间的正向和反向能量传递相互作用的结果,但最佳镱铒浓度比率随着掺铒浓度的增加呈现下降趋势;单掺铒薄膜的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现近Gauss形状变化,而最佳镱铒共掺样品的光致发光峰值强度随掺铒浓度呈现了倒Gauss形状变化.

掺铒nc-Si/SiO_2薄膜中nc-Si和Er^(3+)与非辐射复合缺陷间相互作用对薄膜发光特性的影响

对nc Si SiO2 <Er>薄膜中纳米硅 (nc Si)、Er3+ 和非辐射复合缺陷三者间的关系作了研究 .在 5 14 .5nm光激发下 ,nc Si SiO2 <Er>薄膜在 75 0nm和 1.5 4 μm处存在较强的发光 ,前者与薄膜中的nc Si有关 ,后者对应于Er3+ 从第一激发态4 I1 3 2 到基态4 I1 5 2 的辐射跃迁 .随薄膜中Er3+ 含量的提高 ,1.5 4 μm处的发光强度明显增强 ,75 0nm处的发光强度却降低 .H处理可以明显增强薄膜的发光强度 ,但是对不同退火温度样品 ,处理效果却有所不同 .根据以上实验结果 ,可得如下结论 :在nc Si颗粒附近的Er3+ 和其他的缺陷组成了nc Si颗粒内产生的束缚激子的非辐射复合中心 ,束缚激子通过Er3+ 的非辐射复合 ,激发Er3+ 产生 1.5 4 μm处的发光 ,同时降低了 75 0nm处的发光强度 .nc Si颗粒附近其他非辐射复合中心的存在会降低Er3+ 被激发的概率 ,引起 1.5 4 μm处的发光强度降低 .

磁控溅射制备Er^(3+)/Yb^(3+)共掺杂TiO_2薄膜的上转换发光特性

采用射频磁控溅射法制备得到Er^(3+)/Yb^(3+)TiO_2薄膜,980 nm的抽运源作用下上转换可以得到490 nm的绿光和670 nm的红光,上转换红、绿光发光强度受到烧绿石Er_xYb_(2-x)Ti_2O_7晶体的生成以及Er^(3+)/Yb^(3+)掺杂浓度的影响,实验表明,适量共掺杂Er^(3+)/Yb^(3+)可明显增强上转换发光,Er^(3+)在上转换发光中起主要作用,而引入敏化离子Yb^(3+)可以大大提高上转换发光效率,磁控溅射法制备的TiO_2薄膜声子态密度较小,从而抑制了无辐射跃迁过程,导致490nm绿光形成以及红光强度大于绿光强度。

退火温度对Er/Yb共掺Al_2O_3薄膜的光致荧光光谱的影响

通过对不同退火条件下ErYb共掺Al2O3薄膜光致荧光(PL)光谱的系统分析,研究了高ErYb掺杂浓度所导致的晶体场变化对薄膜PL光谱的影响,并结合薄膜结构分析,探讨了Al2O3薄膜的结晶状态在Er3+激活、PL光谱宽化中的作用及可能的物理机理.研究结果表明退火处理所导致的Er3+PL光谱的变化与薄膜的微观状态之间有着密切的联系.在600—750℃范围内,薄膜呈非晶态结构,薄膜荧光强度的增加主要是薄膜内缺陷减少所致;在800—900℃范围内,γAl2O3相的出现是导致荧光强度明显增加的主要原因;当退火温度为1000℃时,Er,Yb的大量析出致使荧光强度的急剧下降.此外,对PL光谱线形分析表明,各子能级跃迁的相对强度变化是导致荧光光谱宽化的主要因素.

1540nm发光增强∶Er掺杂β-FeSi_2/Si薄膜

为了增强β-FeSi2薄膜的发光强度，通过脉冲激光轰击（PLD）β-FeSi2和Si靶材沉积于Si（111）面制备了优质的β—FeSi2／Si薄膜，薄膜表面光滑、平整，β—FeSi2颗粒尺寸在20～50nm左右。光致发光（PL）测试显示，β-FeSi2／Si薄膜在低温下（20K）在1540nm左右的近红外处有一较强发光峰，对应β-FeSi2带-带跃迁。对Si层进行掺杂Er^3＋处理，发现处理后的β-FeSi2／Si：Er薄膜发光强度得到明显地增强，掺入Er使β-FeSi2／Si薄膜非辐射复合中心得到有效地抑制，且β—FeSi2／Si：Er薄膜的红外发光来自Er^3＋离子的^4I13／2→^4I15/2的跃迁和β-FeSi2纳米颗粒带带复合的发光叠加。