摻Er薄膜材料發(fā)光特性研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)進(jìn)入21世紀(jì),社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使人類對(duì)信息的需求越來越多,用光子作為信息的載體,采用光通訊將是下一代通訊的解決方案。鉺離子(Er3+)內(nèi)層4f電子的發(fā)光波長位于1.54μm,在光通訊和光互聯(lián)方面的應(yīng)用引起了人們很大的興趣,如何獲得高效的摻Er發(fā)光材料以及器件,以及Er在發(fā)光過程中和基質(zhì)材料的作用和能量轉(zhuǎn)移的物理過程,都是研究的重點(diǎn)。本文圍繞摻Er薄膜材料發(fā)光特性,研究了摻ErHfO2薄膜材料、餌銩共摻Al2O3薄膜

2、材料以及摻Er富硅Al2O3薄膜材料,并且取得如下結(jié)果:
　　 1.使用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)和離子注入(ionimplantation)技術(shù)制備摻ErHfO2薄膜樣品。在室溫下實(shí)現(xiàn)了摻ErHfO2薄膜的光致發(fā)光,觀察到了波長為1533nm的Er3+特征發(fā)光峰以及位于1490nm和1564nm的stark分裂峰。通過光熒光激發(fā)譜(PLE)研究了Er在HfO2薄膜中的發(fā)光機(jī)制。發(fā)現(xiàn)除了對(duì)應(yīng)于幾個(gè)直接躍遷的發(fā)光峰外,樣品在Er3

3、+無法直接吸收激發(fā)能量產(chǎn)生輻射躍遷的激發(fā)波段都呈現(xiàn)出連續(xù)的發(fā)光現(xiàn)象,并且激發(fā)波長越短發(fā)光強(qiáng)度越大。這說明該主要的發(fā)光過程是一個(gè)間接激發(fā)的過程。通過紫外PL譜的研究和分析,我們發(fā)現(xiàn)在摻ErHfO2薄膜內(nèi)O空位起到了Er3+光敏中心的作用,可以有效地把外加能量傳遞給周圍的Er3+。通過PLE譜還證明感光劑除了氧空位外還有其他感光劑的存在,XPS結(jié)果顯示薄膜中共存有H彈質(zhì),改變測(cè)量溫度研究未摻Er的薄膜的光致發(fā)光中發(fā)現(xiàn)了來自于Hf單質(zhì)的發(fā)光,

4、它的發(fā)光和Er的原子能級(jí)形成共振,所以我們提出了Hf單質(zhì)作為Er發(fā)光的感光劑作用,實(shí)現(xiàn)了發(fā)光的寬譜激發(fā)。
　　 2.通過相互獨(dú)立的Er、Tm、Si和Al2O3靶共濺生長了不同Tm和Er濃度比例的鉺銩共摻的氧化鋁薄膜材料。用改變測(cè)量溫度的光致發(fā)光譜對(duì)鉺銩共摻的氧化鋁薄膜材料進(jìn)行了細(xì)致的研究。清楚的觀察到了峰值在1470nm、1533nm和1800nm處的三個(gè)發(fā)光帶,分別對(duì)應(yīng)著Tm3+:3H4→3F4,Er3+:4I13/2→4I1

5、5/2和Tm3+:3F4→3H6的躍遷。通過優(yōu)化Er3+離子和Tm3+離子的濃度可以得到覆蓋1.4-1.7um波長范圍的比較平坦的發(fā)光帶。隨著測(cè)量溫度從14K升高到298K,Er離子在1533nm的發(fā)光峰的強(qiáng)度增大了5倍。這一現(xiàn)象是由于在不同測(cè)試溫度下,Er和Tm離子之間復(fù)雜的能量傳遞過程所導(dǎo)致的。
　　 3.通過磁控濺射方法,我們制備了摻Er富硅Al2O3多層薄膜材料。多層樣品的發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單層樣品。Er3+離子發(fā)光強(qiáng)度的