脉冲激光沉积Pr掺杂SrTiO和CaTiO薄膜发光性能研究

摘要

稀土Pr3+掺杂SrTiO3和CaTiO3是近年来发现的一种新型红色荧光材料，因可作为环境友好和高化学稳定的低压荧光粉而受到关注。同时，其薄膜因较粉末具有更好的热稳定性和分辨率等优点而对低压场发射等显示器件具有重要意义。本论文采用两种方法来增强它们的发光。一是采用SiO2过渡层的方法有效提高了CaTiO3：Pr3+薄膜的发光。二是采用对薄膜中氧空位的调控，来实现SrTiO3：Pr3+薄膜红光发射的增强。 首先，我们使用脉冲激光沉积（PLD）法在有SiO2过渡层的硅片衬底上制备了CaTiO3：Pr3+薄膜，并把他们的微观结构和发光性能与直接沉积在硅片上的薄膜进行比较。SiO2过渡层是分别通过热氧化和HF腐蚀的两种方法制备。实验发现沉积在SiO2过渡层上的CaTiO3：Pr3+薄膜发光强度比普通硅片上的薄膜有显著增加（达到8倍），在排除界面相起作用的基础上，我们提出发光增强是由于SiO2过渡层的低折射率和对光的低吸收引起的。这项研究表明SiO2过渡层的使用可以有效地提高CaTiO3：Pr3+薄膜的红色发光，同时不改变薄膜的表面粗糙度。这一工作已发表于Thin Solid Films。 氧空位在SrTiO3的禁带中会稳定一个自限的空穴能级，从而在室温下表现出光致或电致蓝光发射。如果此时SrTiO3中同时含有Pr3+掺杂，则有红光发射，两者之间的发光是否会相互影响，将是一个很有意思的物理问题。 本论文研究了氧空位对SrTiO3：Pr3+薄膜红色发光的影响。薄膜也是采用PLD法沉积。与在空气中退火的薄膜相比，真空中退火的薄膜红光发射强度有一个显著的增强，达到400％，而Pr离子的价态几乎没有变化。研究发现Pr3+离子的红光激发光谱和氧空位的蓝光发射光谱之间有个明显的重叠，同时证实当SrTiO3中有Pr3+存在时，电子空穴对通过氧空位缺陷能级复合给出的能量大部分传递给了Pr3+，而不是以蓝光发射的形式出现，使Pr3+发光得到增强，即氧空位作为感光剂有效地将能量从SrTiO3母体转移给了Pr3+离子。这项研究证明了SrTiO3中Pr3+离子的红光发射与氧空位密切相关。这一工作已发表于Applied Physics Letters。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

§1.1发光的定义

§1.2稀土发光材料

§1.3本文的研究意义和研究内容

参考文献

第二章Pr3+掺杂SrTiO3和CaTiO3薄膜的制备和分析测试方法

§2.1陶瓷靶材料的制备工艺

§2.2脉冲激光制膜法

§2.3 SrTiO3：Pr3+和CaTiO3：Pr3+薄膜结构和性质的测试方法

参考文献

第三章SiO2过渡层对CaTiOa：Pr3+薄膜发光性能的影响

§3.1引言

§3.2实验方法

§3.3 Pr3+掺杂CaTiO3薄膜微观结构分析

§3.4 SiO2过渡层对薄膜发光性能的影响

§3.5本章小结

参考文献

第四章氧空位对Pr3+掺杂SrTiO3薄膜发光性能的影响

§4.1引言

§4.2实验方法

§4.3薄膜的微观结构分析

§4.4氧空位对Pr3+掺杂的SrTiO3薄膜的发光性能

§4.5本章小结

参考文献

第五章总结

攻读学位期间公开发表的论文

致谢