Eu3+摻雜In2O3納米材料的制備和表征及發(fā)光特性研究.pdf

1、In2O3材料是一種重要的n型直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,具有較強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)射、較高的可見光透過率和紅外反射率,廣泛應(yīng)用于光電器件中。摻雜的In2O3納米材料具有塊體材料沒有的發(fā)光、傳感等性能。由于其優(yōu)良的性能,是繼ZnO材料以來,又一種引起人們很大興趣的材料。
　　本文通過用碳熱還原In2O3和Eu2O3粉末的熱蒸發(fā)法和高溫固相反應(yīng)法制備Eu3+摻雜In2O3的納米材料,獲得大量的顆粒狀摻雜樣品,從而具體研究在這兩種方式下?lián)诫s濃度和生長(zhǎng)

2、溫度對(duì)材料發(fā)光性能的影響?？紤]到飽和蒸汽壓對(duì)摻雜濃度的影響,我們有意識(shí)地選取了不同的位置來進(jìn)行研究。
　　首先,將襯底置于源材料的兩端,通過控制一定溫度,以碳熱還原法合成了本研究樣品材料。這些合成的材料以顆粒為主,直徑50nm~0.6μm,并且具有的正八面體結(jié)構(gòu)。通過X射線衍射譜(X-ray diffractionXRD)表征分析,我們發(fā)現(xiàn)所得的顆粒樣品為立方鐵錳礦結(jié)構(gòu),并且沒有發(fā)現(xiàn)任何與摻雜元素Eu相關(guān)的相存在。通過分析摻雜前后

3、的In2O3拉曼(RAMAN)光譜,并發(fā)現(xiàn)摻雜后的樣品特征峰133cm-1紅移了2cm-1。由紫外分光光度計(jì)分析,通過Tauc作圖法獲得光學(xué)帶隙為4.42eV。通過上面分析,我們認(rèn)為Eu3+摻入了In2O3晶格中。
　　通過光致發(fā)光(photo luminescencePL)分析,室溫下Eu3+摻雜的納米In2O3在280nm,290nm,300nm,335nm激發(fā)下,均有較寬的發(fā)光峰位于625nm左右,這些發(fā)光峰主要是由于氧缺陷

4、引起。然而,Eu3+摻雜In2O3在235nm激發(fā)下,出現(xiàn)了596nm的發(fā)光峰,該峰位由Eu3+能級(jí)的5D0→7F1引起。在研究不同摻雜濃度的樣品中,結(jié)果表明,在摻雜濃度為20％時(shí),用235nm波長(zhǎng)激發(fā),位于596nm發(fā)光最強(qiáng);摻雜濃度為25%的樣品出現(xiàn)了發(fā)光猝滅,這可能是與電偶極和電偶極(d-d)之間的作用有關(guān)。由低溫PL光譜可以看出,隨著溫度降低,發(fā)光強(qiáng)度反而增加。室溫PL光譜和低溫PL表明,Eu3+離子摻雜引起的發(fā)光中僅觀察到59

5、6nm發(fā)光峰或625nm,我們認(rèn)為這是由于飽和蒸汽壓不足,從而In2O3中Eu3+濃度低,影響了發(fā)光。
　　為了增大飽和蒸汽壓,我們將襯底直接置于源材料的上方。
　　從常溫PL中,我們觀測(cè)到較強(qiáng)峰位發(fā)光中心位于614nm,592nm及一個(gè)較窄的肩峰623nm,分別對(duì)應(yīng)于Eu3+能級(jí)5D0→7F2、5D0→7F1和5D0→7F2的躍遷,由此可以看出,Eu3+位于無反演中心的格位。通過與純In2O3對(duì)比,在420nm附近的寬峰幾

6、乎展平,因此,用該方法制備的樣品具有較高的能量傳遞效率。從變溫PL的激發(fā)譜、發(fā)射譜中我們知道,用不同的激發(fā)波長(zhǎng)激發(fā)均可以在614nm附近發(fā)射紅光;當(dāng)用269nm波長(zhǎng)激發(fā)時(shí),在614nm附近有發(fā)射較強(qiáng)紅光。在10K時(shí),觀測(cè)到370nm,390nm發(fā)光峰分別屬于束縛激子和自由激子復(fù)合發(fā)光。PL光譜表明,通過將襯底直接置于源材料的上方,有利于增大飽和蒸汽壓,從而增強(qiáng)了614nm附近的紅光發(fā)光。
　　最后,我們考慮采用高溫固相反應(yīng)法制備樣

7、品,使得Eu3+離子通過擴(kuò)散形式進(jìn)入In2O3晶格中。
　　通過掃描電鏡(scanning electron microscopeSEM)對(duì)樣品的測(cè)試,我們看到所制備為大小均一,粒徑約60nm~140nm的顆粒。利用Raman光譜我們觀察到了與Eu3+相關(guān)的240cm-1和1005cm-1振動(dòng)模。從PL熒光光譜分析得到,樣品的發(fā)光特性較好,強(qiáng)度較大的發(fā)光峰位于611nm,即以5D0→7F2的電偶極躍遷為主,說明Eu3+摻入In2O