非水性sol-gel法Er3+及Er3+Yb3+掺杂Al2O3的制备及其发光特性研究

论文摘要

采用非水性sol-gel法制备Er3+及Er3++Yb3+掺杂Al2O3粉末和薄膜,系统研究了掺杂浓度、烧结温度以及Yb3+的敏化对掺杂Al2O3结构及光致发光特性的影响。掺Er3+:Al2O3粉末具有γ-（Al,Er）2O3,θ-（Al,Er）2O3,α-Al2O3,ErAlO3和Al10Er6O24等5种相结构。Er3+的掺杂促进γ和θ相非晶化,随掺Er3+浓度的升高,非晶趋势更加明显。同时,抑制Al2O3的γ→θ和θ→α转变,随掺Er3+浓度的升高,对Al2O3相变的抑制作用增强。γ和γ、θ相混合结构的掺Er3+:Al2O3材料利于获得较强PL强度和较宽半峰宽、平坦光滑的PL谱;随θ相含量的增加,PL强度进一步提高。α相对PL特性没有影响,当ErAlO3或Al10Er6O24相析出时,PL谱线发生劈裂,半峰宽变窄。非水性sol-gel法制备Al2O3的γ→θ和θ→α转变温度相对于水性sol-gel法制备的Al2O3分别提前了近100和200℃;Er3+掺杂后,Er3+对非水性sol-gel法制备Al2O3的γ、θ相的结晶和γ→θ→α转变的抑制作用大于水性sol-gel法制备的Al2O3。非水性sol-gel法制备的薄膜生长为柱状晶;水性sol-gel法制备的掺Er3+:Al2O3薄膜生长为等轴晶。两种工艺制备的掺Er3+:Al2O3薄膜都具有γ-Al2O3相（110）择优取向,柱状晶生长的掺Er3+:Al2O3薄膜相对于等轴晶（110）择优取向更显著。在相同烧结溫度、相同掺Er3+浓度下,非水性sol-gel法制备掺Er3+:Al2O3的PL强度和半峰宽等同或优于水性sol-gel法制备的掺Er3+:Al2O3。在Er3+、Yb3+比例为1∶10时,非水性sol-gel工艺制备的Er3++Yb3+掺杂Al2O3薄膜室温PL性能较理想,PL谱半峰宽达54-57nm。薄膜PL性能随掺Er3+浓度从0.1mol%增至1mol%进一步改善。Sol-gel工艺对Er3+及Er3++Yb3+掺杂Al2O3粉末和薄膜结构及光致发光特性影响显著。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 3+、Yb³⁺掺杂光波导材料研究进展'>1.1 Er³⁺、Yb³⁺掺杂光波导材料研究进展
• 3+、Yb³⁺掺杂Al₂O₃研究现状'>1.2 Sol-gel法制备Er³⁺、Yb³⁺掺杂Al₂O₃研究现状
• 1.3 本论文研究目标及研究内容
• 2 非水性sol-gel法制备工艺及分析测试方法
• 2.1 非水性sol-gel法基本原理
• 2.1.1 Sol-gel法反应
• 2.1.2 非水性sol-gel法特点
• 3+及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃溶胶制备'>2.2 Er³⁺及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃溶胶制备
• 3H₇）₃]的制备'>2.2.1 异丙醇铝[Al（OC₃H₇）₃]的制备
• 2O₃溶胶制备'>2.2.2 Al₂O₃溶胶制备
• 2O₃的溶胶制备'>2.2.3 掺杂Al₂O₃的溶胶制备
• 3+及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃粉末制备'>2.3 Er³⁺及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃粉末制备
• 3+及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃薄膜制备'>2.4 Er³⁺及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃薄膜制备
• 2.5 分析测试方法
• 2.5.1 结构分析
• 2.5.2 光致发光特性测试
• 3+：Al₂O₃粉末研究'>3 掺Er³⁺：Al₂O₃粉末研究
• 3.1 相转变行为
• 3.1.1 热化学分析
• 3.1.2 键合结构分析
• 3.1.3 相结构分析
• 3.2 光致发光特性
• 3.2.1 不同烧结温度光致发光谱
• 3.2.2 不同掺杂浓度光致发光谱
• 3.3 讨论
• 3.3.1 烧结温度和掺杂浓度对相结构的影响
• 3.3.2 烧结温度和掺杂浓度对光致发光特性的影响
• 3.3.2.1 光致发光谱形状及半峰宽
• 3.3.2.2 光致发光强度
• 3.3.2.3 相结构对光致发光特性的影响
• 3+：Al₂O₃光致发光中心'>3.3.2.4 掺Er³⁺：Al₂O₃光致发光中心
• 3.3.3 水、非水性sol-gel工艺对相结构和光致发光特性的影响
• 3.3.3.1 水、非水性sol-gel工艺对相结构的影响
• 3.3.3.2 水、非水性sol-gel工艺对光致发光特性的影响
• 3.4 小结
• 3+及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃薄膜研究'>4 Er³⁺及Er³⁺+Yb³⁺掺杂Al₂O₃薄膜研究
• 4.1 薄膜形貌
• 4.2 薄膜结构
• 4.3 薄膜光致发光特性
• 4.4 讨论
• 4.4.1 水、非水性sol-gel工艺对薄膜生长方式的影响
• 4.4.2 水、非水性sol-gel工艺对薄膜结构的影响
• 4.4.3 水、非水性sol-gel工艺对薄膜光致发光特性的影响
• 4.5 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读工学硕士学位期间完成的学术论文
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书