铕离子掺杂氮化铝薄膜光谱性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：近年来，稀土离子掺杂化合物半导体因为其独特的发光机制在薄膜电制发光器件、光纤通讯、led、光学显示和光电器件等诸多领域有广阔的应用前景而受到了人们的广泛关注。在之前的研究中，科学家们主要将目光集中在稀土掺杂氧化物或者gan半导体上，而在目前的研究中，科学家们逐渐发现一种具有更高使用价值的材料——aln，aln有着宽于gan的禁带，还有着更高的硬度、更低的摩擦系数、高温稳定、高热导、化学惰性等光电特性。另外，aln是Ⅲ-Ⅴ族化合物中禁带最宽的直接带隙半导体，这使其具有从红外到紫外范围的光谱窗口，而且aln能扩展短波长范围的发光，稀土元素跃迁热淬灭效应较弱。而因为eu离子具有丰富的能级，所以常作为激活离子；除此以外，eu离子因其有特殊的电子构型而具有许多独特的机能，其激发峰通常为细长的窄峰，在近紫外波段有着比较小的吸收截面，所以能有效的提高介质的发光强度，并且eu离子最强发光峰位于621nm处，因而拥有优异的红光发射。eu离子掺杂的材料，通过调控稀土离子的掺杂含量、制备方法、煅烧温度、共掺杂等的各种方法能改变材料的发光性能和发光强度。现有的研究表明：aln:eu材料因其禁带宽度大，可以有效地抑制室温发光的温度淬灭效应（随着温度的升高，发光强度减弱），且拥有相对较高的离子掺杂浓度，这些优势促使aln:eu薄膜材料研究逐渐受到国内外科学家的关注。

目的：研究不同注入浓度下eu:aln薄膜的结构和光谱性质，以应用于高效红光led研究领域。以具有更宽禁带宽度并且有更好光电特性的aln材料代替gan材料，以此更为广泛的应用于之前gan无法应用的更多领域，如：深紫外探测器、表面声波器件及诸多光学器件。通过调节注入aln的eu离子的浓度改变材料的发光波长，选取合适的不同离子与eu离子共掺杂aln实现增强eu离子发光和抑制缺陷发光的效果。

意义：由于稀土掺杂半导体的发光特性存在温度淬灭效应，而温度淬灭效应与基体材料的带隙大小有关，带隙越大，淬灭效应越弱，所以，稀土掺杂aln为制备对温度不敏感的光电器件带来了希望。aln:eu薄膜发光中心位于626nm波段，对应可见光谱中红光，此材料有望制成高效红光led或应用于全色平板显示器件中。采用不同离子与eu离子共掺杂aln可以实现高效的白光发射和全色显示，将其应用于发光领域，具有很高的实际应用价值；除此之外，aln:eu薄膜能够实现ld和led器件在近紫外到绿光波段的高效发射。由此可见，aln:eu薄膜在各大领域都有良好的应用，所以研究aln:eu薄膜是十分有必要的。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

（1）了解aln材料的结构特征、物理化学性质以及其高硬度、低摩擦系数、高温稳定、高热导、化学惰性等的光电特性。

（2）采用离子注入法在aln材料中掺杂稀土离子eu离子。

3. 研究的方法与步骤

一、采用离子注入法制备不同离子注入剂量的eu:aln薄膜。

（1）、采用金属有机物化学气相沉积法（mocvd）在蓝宝石衬底的[0001]方向上外延生长aln薄膜。

（2）、将不同剂量的eu稀土离子掺杂进aln晶格中制备出eu:aln薄膜。

4. 参考文献

[1] 韩晶晶，王晓丹，夏永禄，等. eu 掺杂 gan 薄膜的阴极荧光特性[j].发光学报，2018，39(9):1268-1271

[2] 夏永禄，王晓丹，曾雄辉，等.eu³ 和eu³ 共注入gan的光学特性和能量传递机制[j].光子学报，2018, 47(5):0516001-1-6

[3] 陈维德，陈长勇，宋淑芳，等. 掺稀土半导体光电特性和应用[j]. 中国稀土学报, 2002, 20(6): 521-525

5. 计划与进度安排

1．2022-12-09～2022-03-01学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料；

2．2022-03-02～2022-03-08 开学后，向指导老师汇报情况，并根据任务书写出开题报告；

3．2022-03-09～2022-05-17学生根据调研资料和指导老师要求进行实验，并进行数据分析，及时与教师交流实验进展，及时解决出现的问题；