PDF《退火温度对 ！＂#$% 共掺 &'（ ）* 薄膜的》

退火温度对 ! #$% 共掺 &

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()* 薄膜的 光致荧光光谱的影响! 谭娜段淑卿 张庆瑜! (大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连 #$%&

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年 % 月% 日收到;

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年 月% 日收到修改稿) 通过对不同退火条件下 ()*+, 共掺 -.

% /0 薄膜光致荧光 (12) 光谱的系统分析, 研究了高 ()*+, 掺杂浓度所导致 的晶体场变化对薄膜

12 光谱的影响, 并结合薄膜结构分析, 探讨了 -.% /0 薄膜的结晶状态在 ()0

3 激活、

12 光谱宽 化中的作用及可能的物理机理4研究结果表明: 退火处理所导致的 ()0

3 12 光谱的变化与薄膜的微观状态之间有着 密切的联系4在#$$―5'

$6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7$$― 8$$6范围内, ! 9-.% /0 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 $$$6时, (), +, 的大量析出 致使荧光强度的急剧下降4此外, 对12 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4 关键词:()*+, 共掺,-.% /0 薄膜,光致荧光 +&

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,# 5$:,5 5$ ! 国家自然科学基金 (批准号: 资助的课题4 ! (9;

?@A 退火温度范围内, &

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-./ 共掺2%22物理学报32 卷! # $% 薄膜是非晶态结构, 但高温时的薄膜缺陷明显 减少&

这一结果说明, 在'

((―)*(+的退火温度范围 内, 虽然薄膜的晶体结构没有发生明显变化, 即,- 周围的化学环境没有发生根本的变化, 但有可能发 生局域调整&

因此, ,-% . 荧光寿命的增加主要与薄膜 中非辐射衰减通道的减少, 如空位、 $/0 等缺陷数目 的减少有关, 因为薄膜中空位、 $/0 等缺陷是导致 ,-% . 发光淬灭的重要因素之一&

此外, 根据 12334$56

7 理论, 荧光寿命与基体的折射率有关 [8#] &

随着退火 温度的增加, 薄膜内部缺陷减少, 薄膜密度增加, 从 而较大幅度地提高了薄膜的折射率, 进而导致荧光 寿命的显著增加&

9: ;

((+时, 虽然 ,-% . 的荧光寿命明显高于低温时的荧 光寿命, 但并未随退火温度的增加而有显著变化, 即 荧光强度的增加与 ,-% . 的荧光寿命没有显著的关 联&

这说明此时荧光强度的增加主要是由于光学激 活的 ,-% . 浓度的增加所导致 [%] &

而我们 在>

((― 8(((+范围内的电子显微镜分析的结果显示, 此时 的,-?@A 共掺 ! # $% 薄膜是! 4! # $% 结构&

这说明, 在)*(―>

((+的退火温度范围内, ,-?@A 共掺 ! # $% 薄膜发生了从非晶相到! 4! # $% 相的结构转变&

从 材料密度的角度上看, 晶体相的密度一般高于非晶 相&

因此, 此时 ,-% . 荧光寿命的增加是薄膜折射率 变化的结果&

换句话说, 正是发生了从非晶相到晶态 相的相变, 才导致薄膜密度的显著变化, 使得薄膜密 度突然增大, 折射率急剧变大, 荧光寿命明显增加&

同时, 正是由于! 4! # $% 相的出现, 使得原子间的相 对位置比较稳定, 薄膜折射率随退火温度的增加变 化较小, 荧光寿命的变化不大&

基于以上分析, 我们 认为, 在>

((―B((+ 的退火温度范围内, 光学激活 ,-% . 浓度的增加与! 4! # $% 结构有关, 即! 4! # $% 结 构更有利于 ,-% . 的光学激活&

我们推测, 此时光学 激活的 ,-% . 和@A% . 应该主要是以替位方式占据着 ! 4! # $% 中! % . 位置, 而且! 4! # $% 中! 离子的点阵 位置更有利于 ,-% . 的光学激活&