Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Ga2O3 : Cr3+

Trong nghiên cứu này, vật liệu Ga2O3:Cr3+ phát xạ đỏ xa được tổng hợp bằng phương pháp khuếch tán bề mặt. Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến cấu trúc pha tinh thể và tính chất quang của bột huỳnh quang được nghiên cứu bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), quan sát hình thái bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), nghiên cứu tính chất quang bằng phổ huỳnh quang (PL).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu Ga2O3 :Cr3+ TNU Journal of Science and Technology 227(08): 356 - 362 EFFECT OF ANNEALING TEMPERATURE ON STRUCTURE AND LUMINESCENCE PROPERTIES OF Ga2O3:Cr3+ MATERIALS Vu Thi Kim Thoa*, Nguyen Van Quang, Nguyen Mai Anh, Dam Quang Hoc Ha Noi Pedagogical University No 2 ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 08/4/2022 In this work, Far-red emitting Ga2O3:Cr3+ materials were synthesized by the heat diffusion method. The effects of temperature sintered to Revised: 23/5/2022 phase structure and luminescence properties of the phosphors were Published: 25/5/2022 investigated by X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), and steady-state photoluminescence KEYWORDS (PL). XRD showed that the crystallinity of β –Ga2O3:Cr3+ phosphor belongs to the Monoclinic with C2/m space group. Ga2O3:Cr3+ Photoluminescence excitation (PLE) spectrum shows that obtained Far-red emitting phosphor could strongly absorb with two broads at 380 ÷ 500 nm and 520 ÷ >610 nm. Broad photoluminescence (PL) excitation bands at Diffusion method ∼600 ÷ 850nm were observed whose intensity increased with the Far Red LED annealing temperature. A far-red LED prototype is obtained by Agricultural LED Lighting coating the optimum powder on a blue LED chip (450nm). These results showed that β –Ga2O3:Cr3+ phosphor has the potential to produce far-red LEDs lighting for plants. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THIÊU KẾT ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU Ga2O3 :Cr3+ Vũ Thị Kim Thoa*, Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Mai Anh, Đàm Quang Học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Ngày nhận bài: 08/4/2022 Trong nghiên cứu này, vật liệu Ga2O3:Cr3+ phát xạ đỏ xa được tổng hợp bằng phương pháp khuếch tán bề mặt. Ảnh hưởng của nhiệt độ Ngày hoàn thiện: 23/5/2022 thiêu kết đến cấu trúc pha tinh thể và tính chất quang của bột huỳnh Ngày đăng: 25/5/2022 quang được nghiên cứu bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), quan sát hình thái bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), TỪ KHÓA nghiên cứu tính chất quang bằng phổ huỳnh quang (PL). Kết quả phân tích XRD chỉ ra rằng, vật liệu β –Ga2O3:Cr3+ có cấu trúc tinh Ga2O3:Cr3+ thể Monoclinic với cấu trúc không gian C2/m. Phổ kích thích huỳnh Phát xạ đỏ xa quang (PLE) chỉ ra rằng bột huỳnh quang hấp thụ mạnh với 2 dải LED ánh sáng đỏ xa rộng 380 ÷ 500 nm và 520 ÷ >610 nm. Dải phát quang (PL) rộng ở bước sóng ∼600 ÷ 850nm đã được quan sát thấy, cường độ huỳnh Phương pháp khuếch tán quang tăng khi nhiệt độ thiêu kết tăng. Một LED đỏ xa thu được bằng LED chiếu sáng nông nghiệp cách phủ bột tối ưu lên chip xanh dương (450 nm). Những kết quả này cho thấy β –Ga2O3:Cr3+ phosphor có tiềm năng tạo ra đèn LED đỏ xa chiếu sáng cho cây trồng. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5831 * Corresponding author. Email: vuthikimthoa@hpu2.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 356 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(08): 356 - 362 1. Giới thiệu Ga2O3 có thể tạo thành một số dạng thù hình khác nhau α, β, γ, δ, ε [1]. Trong đó, dạng thù hình β-Ga2O3 tồn tại ở trên 750 - 900oC [1], đơn tinh thể β-Ga2O3 thuộc hệ đơn tinh C2/m và các thông số mạng a = 12,214 Å; b = 3,0371 Å; c = 5,7981 Å; β = 103,83o [2]... β-Ga2O3 là bán dẫn loại III có nhiều tiềm năng, năng lượng vùng cấm rộng (Eg = 4,9 eV), có tính ổn định nhiệt và hoá học tuyệt vời, dẫn điện độc đáo và các đặc tính quang học có thể điều chỉnh được thông qua sự pha tạp các ion kim loại có khả năng phát quang như Cr3+, Mn2+, Eu3+... [3]-[6]. Đặc biệt do tính chất quang nổi bật β-Ga2O3 đã được nghiên cứu chế tạo và ứng dụng trong màn hình phẳng, thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời, bộ phát tia UV, cảm biến khí ổn định nhiệt độ cao, chiếu sáng khẩn cấp, lưu trữ hình ảnh và giả mạo nhận dạng [1]. Ion Cr3+ cho phát xạ đỏ đậm ~695 nm, đỏ xa ~ 700 ÷740 nm hoặc hồng ngoại ~ 800 ÷900 nm tuỳ thuộc mạng nền mà chúng được pha tạp [7]. Nghiên cứu pha tạp ion Cr3+ trong mạng nền β-Ga2O3 đã được công bố [8], [6], Cr3+ trong mạng nền β-Ga2O3 cho phát xạ vùng đỏ đến vùng hồng ngoại ở bước sóng ~ 650 ÷ 880 nm, trong đó vùng phát xạ mạnh là vùng đỏ xa ~ 730 nm. Đây là đặc tính rất thú vị bởi vì trạng thái PFR diệp lục của cây trồng hấp thụ mạnh ở ánh sáng đỏ xa ~ 730 nm, khi cây được chiếu sáng bằng ánh sáng đỏ ở xa, PFR sau đó sẽ hấp thụ ánh sáng và tự chuyển hóa thành PR làm kích thích sự phát triển của cây trồng [6], [9]. Tuy nhiên các nghiên cứu trên, các tác giả chưa đề cập ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết đến tính cấu trúc, hình thái và tính chất quang của vật liệu, cũng như thử nghiệm chế tạo LED ánh sáng đỏ xa. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chế tạo β-Ga2O3 pha tạp Cr3+ bằng phương pháp khuếch tán nhiệt, nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc, hình thái và tính chất ...