搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究

陈丹丹 徐飞 曹汝楠 蒋最敏 马忠权 杨洁 杜汇伟 洪峰

铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究

陈丹丹, 徐飞, 曹汝楠, 蒋最敏, 马忠权, 杨洁, 杜汇伟, 洪峰
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用磁控共溅射技术制备了铒铥共掺杂氧化锌发光薄膜. 通过优化退火温度, 实现了薄膜的近红外 平坦宽带发射, 总带宽可达到~ 500 nm, 覆盖了光通信S+C+L+U 区波段. 此发射带由Er3+ 的1535 nm (4I13/2 → 4I15/2) 发射峰及Tm3+ 的1460 nm (3H4 → 3F4), 1640 nm (1G4 → 3F2), 1740 nm (3F4 → 3H6) 发射峰组成. 研究表明: 退火温度低于800 ℃ 时, 没有观察到薄膜样品明显的光致发光现象; 随着退火温度 从800 ℃ 升高到1000 ℃, I1640/I1535 发射峰强度比从0.2 升高到0.3, I1740/I1535 发射峰强度比从0.5 降低 到0.4, 发射峰强度比均基本保持稳定; 当退火温度高于1000 ℃ 时, I1640/I1535 发射峰强度比从0.3 升高到 0.6, I1740/I1535 发射峰强度比从0.4 升高到0.8, 发射峰强度比均急剧增加. 变温行为表明: 随着温度从10 K 逐渐升高到300 K, 谱线的总带宽基本不变, 在340—360 nm 之间; Tm3+ 在1640 和1740 nm 处的发射峰强度 分别降低了2/3 和1/2, Er3+ 在1535 nm 的发射峰强度增大了1.2 倍. 这是因为随着温度的升高, 声子数目增 多, Er3+ 与Tm3+ 离子之间发生能量传递的概率不断变大, 并且在Tm3+ 离子之间没有发生交叉弛豫现象.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50602029, 61274067, 60876045)、上海市基础研究重点项目(批准号: 09JC1405900) 和上海大学课程建设项目(批准号: B.08-0101-14-111)资助的课题.
    [1]

    Zhao G Y, Tian Y, Wang X, Fan H Y, Hu L L 2013 J. Lumin. 134 837

    [2]

    Wang Y Z, Yu D C, Lin H H, Ye S, Peng M Y, Zhang Q Y 2013 J. Appl. Phys. 114 203510

    [3]

    Neuvonen P T, Sigvardt K, Johannsen S R, Chevallier J, Julsgaard B, Ram S K, Larsen A N 2014 Appl. Phys. Lett. 104 102106

    [4]

    Ding W C, Liu Y, Zhang Y, Guo J C, Zuo Yu H, Cheng B W, Yu J Z, Wang Q M 2009 Chin. Phys. B 18 3044

    [5]

    Duan S Q, Tan N, Zhang Q Y 2005 Chin. Phys. 14 0615

    [6]

    Rivera V A G, El-Amraoui M, Ledemi Y, Messaddeq Y, Marega Jr E 2014 J. Lumin. 145 787

    [7]

    Xiao Z S, Serna R, Afonso C N 2007 J. Appl. Phys. 101 033112

    [8]

    Komukai T, Yamamoto T, Sugawa T, Miyajima Y 1995 IEEE J. Quantum Electron. 31 1880

    [9]

    Pavani K, Moorthy L R, Kumar J S, Babu A M 2013 J. Lumin. 136 383

    [10]

    Liu H Y, Zeng F, Lin Y L, Wang G Y, Pan F 2013 Appl. Phys. Lett. 102 181908

    [11]

    Youn C J, Jeong T S, Han M S, Kim J H 2004 J. Cryst. Growth 261 526

    [12]

    Li M Z, Lu F, Xu F, Jiang Z M, Wang X, Lou H N, Ma Z Q, Zheng L L 2012 Mater. Chem. Phys. 137 270

    [13]

    Seo S Y, Kim K J, Shin J H 2010 Thin Solid Films 518 7012

    [14]

    Pu Y, Xu F, Jiang Z M, Ma Z Q, Lu F, Chen D D 2012 Appl. Phys. Lett. 101 191903

    [15]

    Xiao Z S, Zhou B, Xu F, Zhu F, Yan L, Zhang F, Huang A P 2009 Phys. Lett. A 373 890

    [16]

    van den Hoven G N, Snoeks E, Polman A, van Uffelen J W M, Oei Y S, Smith M K 1993 Appl. Phys. Lett. 62 3065

    [17]

    Xu F, Zheng L L, Li M Z, Lu F, Ma Z Q, Jiang Z M, Zhou P H, Shi J W, Pu Y 2012 Appl. Opt. 51 1115

    [18]

    Liu Q L, Yu G H, Jiang Y 2009 Chin. Phys. B 18 1266

    [19]

    Chun J 2009 Adv. OptoElectron. 2009 278105

    [20]

    Wang X S, Nie Q H, Xu T F, Shen X, Dai S X, Gai N, Zhou Y 2009 Spectrochim. Acta A 72 543

    [21]

    Richards B, Shen S X, Jha A, Tsang Y, Binks D 2007 Opt. Express 15 6546

    [22]

    Lakshminarayana G, Yang R, Mao M F, Qiu J R 2009 Opt. Mater. 31 1506

    [23]

    Xu F, Serna R, Jimenez de Castro M, Fernandez Navarro J M, Xiao Z 2010 Appl. Phys. B 99 263

    [24]

    Miyakawa T, Dexter D L 1970 Phys. Rev. B 1 2961

  • [1]

    Zhao G Y, Tian Y, Wang X, Fan H Y, Hu L L 2013 J. Lumin. 134 837

    [2]

    Wang Y Z, Yu D C, Lin H H, Ye S, Peng M Y, Zhang Q Y 2013 J. Appl. Phys. 114 203510

    [3]

    Neuvonen P T, Sigvardt K, Johannsen S R, Chevallier J, Julsgaard B, Ram S K, Larsen A N 2014 Appl. Phys. Lett. 104 102106

    [4]

    Ding W C, Liu Y, Zhang Y, Guo J C, Zuo Yu H, Cheng B W, Yu J Z, Wang Q M 2009 Chin. Phys. B 18 3044

    [5]

    Duan S Q, Tan N, Zhang Q Y 2005 Chin. Phys. 14 0615

    [6]

    Rivera V A G, El-Amraoui M, Ledemi Y, Messaddeq Y, Marega Jr E 2014 J. Lumin. 145 787

    [7]

    Xiao Z S, Serna R, Afonso C N 2007 J. Appl. Phys. 101 033112

    [8]

    Komukai T, Yamamoto T, Sugawa T, Miyajima Y 1995 IEEE J. Quantum Electron. 31 1880

    [9]

    Pavani K, Moorthy L R, Kumar J S, Babu A M 2013 J. Lumin. 136 383

    [10]

    Liu H Y, Zeng F, Lin Y L, Wang G Y, Pan F 2013 Appl. Phys. Lett. 102 181908

    [11]

    Youn C J, Jeong T S, Han M S, Kim J H 2004 J. Cryst. Growth 261 526

    [12]

    Li M Z, Lu F, Xu F, Jiang Z M, Wang X, Lou H N, Ma Z Q, Zheng L L 2012 Mater. Chem. Phys. 137 270

    [13]

    Seo S Y, Kim K J, Shin J H 2010 Thin Solid Films 518 7012

    [14]

    Pu Y, Xu F, Jiang Z M, Ma Z Q, Lu F, Chen D D 2012 Appl. Phys. Lett. 101 191903

    [15]

    Xiao Z S, Zhou B, Xu F, Zhu F, Yan L, Zhang F, Huang A P 2009 Phys. Lett. A 373 890

    [16]

    van den Hoven G N, Snoeks E, Polman A, van Uffelen J W M, Oei Y S, Smith M K 1993 Appl. Phys. Lett. 62 3065

    [17]

    Xu F, Zheng L L, Li M Z, Lu F, Ma Z Q, Jiang Z M, Zhou P H, Shi J W, Pu Y 2012 Appl. Opt. 51 1115

    [18]

    Liu Q L, Yu G H, Jiang Y 2009 Chin. Phys. B 18 1266

    [19]

    Chun J 2009 Adv. OptoElectron. 2009 278105

    [20]

    Wang X S, Nie Q H, Xu T F, Shen X, Dai S X, Gai N, Zhou Y 2009 Spectrochim. Acta A 72 543

    [21]

    Richards B, Shen S X, Jha A, Tsang Y, Binks D 2007 Opt. Express 15 6546

    [22]

    Lakshminarayana G, Yang R, Mao M F, Qiu J R 2009 Opt. Mater. 31 1506

    [23]

    Xu F, Serna R, Jimenez de Castro M, Fernandez Navarro J M, Xiao Z 2010 Appl. Phys. B 99 263

    [24]

    Miyakawa T, Dexter D L 1970 Phys. Rev. B 1 2961

  • [1] 夏海平, 喻军, 吴锋, 周朋, 赵衡煜, 苏良碧, 徐军. γ射线辐照诱导Bi:α-BaB2O4单晶近红外宽带发光的研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3538-3541. doi: 10.7498/aps.59.3538
    [2] 聂朦, 赵艳, 曾勇, 蒋毅坚. 不同退火温度下氧化锌薄膜可见发光与n型导电研究. 物理学报, 2013, 62(17): 176801. doi: 10.7498/aps.62.176801
    [3] 魏玮, 刘明, 曲盛薇, 张庆瑜. Ti缓冲层及退火处理对Si(111)基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5736-5743. doi: 10.7498/aps.58.5736
    [4] 马忠权, 徐飞, 赵磊, 李凤, 何波, 杨昌虎. 稀土钇、镧掺杂TiO2薄膜的拉曼谱分析. 物理学报, 2010, 59(9): 6549-6555. doi: 10.7498/aps.59.6549
    [5] 程萍, 张玉明, 张义门. 退火对非故意掺杂4H-SiC外延材料386 nm和388 nm发射峰的影响. 物理学报, 2011, 60(1): 017103. doi: 10.7498/aps.60.017103
    [6] 彭爱华, 谢二庆, 姜 宁, 张志敏, 李 鹏, 贺德衍. 稀土(Tb,Gd)掺杂多孔硅的光致发光性能研究. 物理学报, 2003, 52(7): 1792-1796. doi: 10.7498/aps.52.1792
    [7] 袁宁一, 李金华, 范利宁, 王秀琴, 谢建生. 离子束增强沉积制备p型氧化锌薄膜及其机理研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3581-3584. doi: 10.7498/aps.55.3581
    [8] 杨秋红, 赵衡煜, 俞平胜, 李欣年, 方晓明, 郭鑫, 苏良碧, 徐军. 电子束辐照诱导Bi:α-BaB2O4 单晶近红外宽带发光的研究. 物理学报, 2011, 60(9): 097802. doi: 10.7498/aps.60.097802
    [9] 谢伟, 王银海, 胡义华, 罗莉, 吴浩怡, 邓柳咏. Y2O3: Eu,Dy的制备与红色长余辉发光性能研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3344-3349. doi: 10.7498/aps.59.3344
    [10] 王银海, 胡义华, 谢伟, 张军, 邹长伟, 李达, 邵乐喜. Sr0.6Ba0.2Ca0.2Al2O4 ∶Eu,Dy的制备与长余辉发光性能研究. 物理学报, 2011, 60(6): 067801. doi: 10.7498/aps.60.067801
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  422
  • PDF下载量:  508
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-25
  • 修回日期:  2014-09-28
  • 刊出日期:  2015-02-20

铒铥共掺氧化锌薄膜近红外宽带发射及变温行为的研究

  • 1. 上海大学理学院物理系, 索朗光伏材料与器件R&D联合实验室, 分析测试中心, 上海 200444;
  • 2. 复旦大学, 应用表面物理国家重点实验室, 微纳光子结构教育部重点实验室, 先进材料实验室, 上海 200433
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50602029, 61274067, 60876045)、上海市基础研究重点项目(批准号: 09JC1405900) 和上海大学课程建设项目(批准号: B.08-0101-14-111)资助的课题.

摘要: 采用磁控共溅射技术制备了铒铥共掺杂氧化锌发光薄膜. 通过优化退火温度, 实现了薄膜的近红外 平坦宽带发射, 总带宽可达到~ 500 nm, 覆盖了光通信S+C+L+U 区波段. 此发射带由Er3+ 的1535 nm (4I13/2 → 4I15/2) 发射峰及Tm3+ 的1460 nm (3H4 → 3F4), 1640 nm (1G4 → 3F2), 1740 nm (3F4 → 3H6) 发射峰组成. 研究表明: 退火温度低于800 ℃ 时, 没有观察到薄膜样品明显的光致发光现象; 随着退火温度 从800 ℃ 升高到1000 ℃, I1640/I1535 发射峰强度比从0.2 升高到0.3, I1740/I1535 发射峰强度比从0.5 降低 到0.4, 发射峰强度比均基本保持稳定; 当退火温度高于1000 ℃ 时, I1640/I1535 发射峰强度比从0.3 升高到 0.6, I1740/I1535 发射峰强度比从0.4 升高到0.8, 发射峰强度比均急剧增加. 变温行为表明: 随着温度从10 K 逐渐升高到300 K, 谱线的总带宽基本不变, 在340—360 nm 之间; Tm3+ 在1640 和1740 nm 处的发射峰强度 分别降低了2/3 和1/2, Er3+ 在1535 nm 的发射峰强度增大了1.2 倍. 这是因为随着温度的升高, 声子数目增 多, Er3+ 与Tm3+ 离子之间发生能量传递的概率不断变大, 并且在Tm3+ 离子之间没有发生交叉弛豫现象.

English Abstract

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回