Синтез и исследование гранатов РЗЭ и алюминия для светоизлучающих диодов

• Автор: Сокульская, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.

ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА ГРАНАТОВ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Характеристика излучающих светодиодов

1.2. Фазовые равновесия в системах п3Ме3 где Ьп Ос, У МеА1,Са,8с.

1.2.1. Система У3А.

1.2.2. Система с А

1.2.3. Система сСа3.

1.2.4. Система У3Са3.

1.2.5. Система 1п38с3

1.3. Основные способы получения соединений со структурой граната.
1.3.1. Тврдофазный синтез гранатов.
1.3.2. Методы совместного осаждения.
1.3.3. Зольгель метод
1.3.4. Метод вымораживания
1.3.5. Метод горения
1.4. Кристаллохимические особенности соединений со структурой граната.
1.5. Дефекты в соединениях со структурой граната
1.6. Собственная люминесценция гранатов.
1.7. Свойства церия, как активатора.
1.8. Передача энергии между ионами РЗЭ
1.9. Термостимулированная люминесценция в соединениях со структурой фаната
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1 .
ГЛАВА 2.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА, МЕТОДИКИ СИНТЕЗА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исходные вещества.
2.2. Методика приготовления исходных растворов.
2.3. Измерение интенсивности люминесценции
2.4. Измерение спектров излучения и возбуждения.
2.5. Измерение термостимулированной люминесценции ТСЛ
2.6. Измерение гранулометрического состава
2.7. Рентгенофазовый анализ.
ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СОВМЕСТНОГО ОСАЖДЕНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ТВЕРДОФАЗНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ..
3.1. Получение гадолинийалюминиевого граната ГАГ методом соосаждения.
3.1.1. Выбор оптимальной концентрации активатора
3.1.2. Выбор оптимального состава люминофора со структурой граната
3.1.3. Влияние плавней
3.1.4. Получение Г АГ твердофазным синтезом.
3.2. Система i2. СсА,О2С
3.3. Система i2. i2..
3.4. Система СсА5.хЗсхО2Се.
3.5. Получение ванадийсодержащих гранатов.
3.6. С и сте м а УА 1x.xi Се
3.6.1. Получение люминофоров x.xii2. методом
соосаждения.
3.6.2. Получение люминофоров У 1А1.х.уМхуО2Се твердофазным синтезом
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ГОРЕНИЯ.
4.1. Получение ИАГ методом горения.
4.1.1. Определение температуры инициации реакции горения с карбамидом
4.1.2. Определение температуры инициации реакции горения с глицином
4.1.3. Выбор горючего
4.2. Система Ур5.х5схОГ2Се.
4.3. Система Уу2Се У3Са5Ог2
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.
ГЛАВА 5. ИСССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ РЗЭ НА
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ ЦЕРИЯ В ИАГ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.
ГЛАВА 6. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ С ПОЗИЦИЙ
КРИСТАЛЛОХИМИИ.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве материала для светоизлучающего в видимом диапазоне кристалла необходимы полупроводники с запрещнной зоной Е более 2 эВ, поскольку основной вклад в люминесценцию дают переходы с Е близкой к ширине запрещнной зоны краевая люминесценция 1. Наиболее широко используемым в производстве СИД полупроводниковым материалом оказался 7зР Е3 2. В при 0 К и ряд тврдых растворов на его основе. Наиболее высокая эффективность и воспроизводимые результаты по созданию люминесцентных рппереходов в СаР были получены при использовании метода жидкостной эпитаксии 2. В это же время исследователями велись разработки гетероструктур в системе А1АхСаАз для красных СИД 7,8. Использование же тройных и четверных соединений полупроводников А,ПВ1с изовалентным замещением элементов III и или V группы позволяет в широком диапазоне Е достигать совпадения периода рештки тврдого раствора и подложки на основе бинарного соединения 9. Как показывает анализ литературных данных, одной из важнейших нерешнных проблем на многолетнем пути развития СИД оставалась проблема создания эффективных СИД для коротковолновой области спектра голубых, синих, фиолетовых. Относительно недавно в гг. АИВ в виде тройного соединения ЫСаМ с излучением в диапазоне от синего до зелного цвета. Преимущества СИД перед другими типами излучателей отмечались специалистами ещ лет назад 1. Это высокий КПД, совместимость с другими элементами полупроводниковой твердосхемной электроники, долговечность и сравнительно низкая стоимость при массовом производстве. Световая гамма современных полупроводниковых излучателей обширна выпускаются красные, оранжевые, жлтые, зелные, жлтозелные, голубые, синие СИД. Получены первые образцы белых СИД. Авторы указывают на необходимость применения не цветных, а белых СИД для целей освещения. Они оценивают благоприятность белого цвета СИД человеческим глазом и предполагают в связи с этим возможность замены цветных СИД, в первую очередь красных, на белые в информационных дисплеях. Существует два конструктивных варианта получения белых СИД. Однако такая конструкция белого СИД требует приложения к каждому типу отдельных контрольнорегулирующих токовых схем, что значительно удорожает такой белый СИД в сравнении с монохромным СИД. Во втором случае часть излучения полупроводникового кристалла используется для возбуждения люминофора, покрывающего этот кристалл. Таким образом, при смешении проходящего излучения от кристалла и возбужднного излучения люминофора, получают излучение с заданным спектром рис. Рис. Авторы приводят следующие параметры белых СИД материал 1пСаЫИАГ цвет излучения белый координаты цветности х0. МВт. Изменяя состав люминофорной КОМПОЗИЦИИ УI. СазА. К, индекс цветопередачи, эффективность СИД. Немаловажное значение имеет размер частиц люминофоров, наносимых на поверхность излучающего чипа С ИД они должны быть достаточно мелкодисперсными,
так как размер чипа составляет 25 мм , должны обладать высокой стойкостью к интенсивному излучению СИД и иметь высокий квантовый выход при возбуждении светом диода. Следовательно, для использования в СИД белого цвета свечения необходимо получить люминофоры, возбуждаемые в диапазоне длин волн 05 нм с субмикронным размером частиц и высоким квантовым выходом не менее 0. Прежде чем приступить к характеристике методов получения гранатов необходимо рассмотреть фазовые отношения в системах Ьп2ОзМе2Оз где Ьп У Ме А1 Са с. Система УгА На рисунке 1. У2ОзАОз. Эту систему изучали Кейт и Рой , Варшау и Рой , и особенно подробно с применением метода отжига и закалки . По данным систему У2А0з относят к III группе по характеру фазовых отношений. В этих системах образуются соединения 2Ьп2АОз 1пАОоу ЫзА ЬпАЮз, п2Оз5АОз ЫзА1з2. Кейт и Рой нагреванием смесей оксидов иттрия и алюминия при температуре С получили два химических соединения УАЮзтипа перовскита и УзА1зО2 типа граната. Указывается, что при высокой температуре тип граната переходит в тип перовскита. По мнению авторов , в рассматриваемой системе существует два устойчивых соединения У4Л и УзАОц. Соединение УАЮз устойчиво в узком интервале температур С и имеет ромбическую структуру .