鋁鎵酸鹽基發(fā)光材料的合成和性能研究.pdf

1、本論文主要借助化學(xué)勢(shì)模型，從相對(duì)真空束縛能級(jí)的角度來(lái)研究不同價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬離子在半導(dǎo)體和寬帶隙化合物中的能級(jí)位置。為了更深入理解相關(guān)理論我們以鋁鎵酸鹽基發(fā)光材料為研究對(duì)象，研究這些雜質(zhì)離子在該類物質(zhì)中的發(fā)光機(jī)理和摻雜能級(jí)位置。主要包括以下內(nèi)容:
　　首先在多種化合物中，總結(jié)不同價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬離子在不同化合物體系中的摻雜能級(jí)?？偨Y(jié)了過(guò)渡金屬離子在半導(dǎo)體中的施主(Donor)和受主(Acceptor)能級(jí)，而對(duì)于寬帶隙化合物，主要從文

2、獻(xiàn)中搜集和匯總得到雜質(zhì)離子在基質(zhì)中的電荷遷移能量。借助化學(xué)勢(shì)模型，從能量角度研究了3d電子的束縛能級(jí)位置。從整理的結(jié)果可知:對(duì)于同種雜質(zhì)離子隨著價(jià)態(tài)的增加，它所形成的能級(jí)位置具有下降的趨勢(shì)，而且基質(zhì)的導(dǎo)帶底的位置對(duì)束縛能級(jí)也有重要影響，這些能級(jí)間的差值可能是由Franck-Condon效應(yīng)造成的。
　　其次依據(jù)Eu3+離子的電荷遷移能量，研究CaAl2O4-CaGa2O4體系中Ga3+取代Al3+離子過(guò)程中基質(zhì)能帶結(jié)構(gòu)的變化，并研

3、究雜質(zhì)離子在禁帶中的能級(jí)位置。采用高溫固相法首次在1350℃保溫6小時(shí)合成了CaAlGaO4基質(zhì)，并通過(guò)摻雜過(guò)渡金屬(Cr3+，Mn4+，F(xiàn)e3+)和鑭系離子(Eu3+，Tb3+，Dy3+，Sm3+，Ce3+)制備出了多系列實(shí)驗(yàn)樣品。CaAlGaO4∶Eu3+樣品釋放紅光，可歸屬為Eu3+離子的5D0→7F2躍遷。CaAlGaO4∶Tb3+發(fā)光材料在542nm處有很強(qiáng)的綠光發(fā)射。在藍(lán)光LED芯片的配合下，Eu3+，Tb3+離子共摻制備出

4、的實(shí)驗(yàn)樣品，通過(guò)三基色RGB復(fù)合而得到白光。CaAlGaO4∶Dy3+樣品的發(fā)射主要集中在黃橙和藍(lán)色波段，在該基質(zhì)中摻雜Sm3+離子后出現(xiàn)較強(qiáng)的橙光發(fā)射，當(dāng)它與Eu3+離子共摻雜后可得到橙色-紅色寬譜帶發(fā)光材料。隨后使用CIE1931色度圖標(biāo)示出了這些發(fā)光樣品的色坐標(biāo)。
　　最后采用高溫固相法制備了過(guò)渡金屬離子和鑭系離子摻雜的鎵酸鹽發(fā)光材料MGa2O4(M=Mg，Ba，Zn)，研究這些雜質(zhì)離子的發(fā)光機(jī)理和能級(jí)位置。在MgGa2O4

5、∶Cr3+材料的發(fā)光范圍主要集中在650nm-750nm，可歸屬為Cr3+離子的2E(2G)→4A2(4F)躍遷。實(shí)驗(yàn)中分別使用碳酸錳和二氧化錳為原料，且只在空氣氣氛中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，Mn離子在基質(zhì)中主要顯示+2價(jià)，它取代Mg2+離子而占據(jù)四面體格位。此外，在實(shí)驗(yàn)中觀察到Mg0.98Ga2O4∶0.02Mn2+樣品出現(xiàn)余輝現(xiàn)象且其綠色余輝約為12min。采用高溫固相法制備出單斜結(jié)構(gòu)的BaGa2O4基質(zhì)，價(jià)帶頂(Ev)在MGa2O4(