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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
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  • 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

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

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

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-25
  • 修回日期:  2014-09-28
  • 刊出日期:  2015-02-05

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)

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