钛酸锶钡及其稀土掺杂体系的光致发光性能研究.doc

钛酸锶钡及其稀土掺杂体系的光致发光性能研究钛酸锶钡(BST)具有良好的铁电、压电、电光等特性,在随机存储器、微波器件、光波导器件方面有广阔的应用前景。目前对其研究多集中在电学性能方面,对其光学性能,尤其是光致发光性能研究得甚少。本文采用溶胶-凝胶法制备了钛酸锶钡及其稀土掺杂粉体与薄膜,研究了紫外激发下钛酸锶钡基材料的光致发光性能,该研究为以其为基质的铁电材料在集成光学和发光器件等方面的应用提供了理论基础。论文的主要工作如下：首先,采用溶胶-凝胶法制备了BST粉体和薄膜材料,研究了本征BST的光致发光行为。结果表明350℃退火的非晶BST粉体和薄膜在紫外波长激发下,在400-550nm波长范围存在明显的发光现象。薄膜厚度对非晶态BST薄膜的发光强度影响较小,但退火速率的增加能显著提高非晶BST薄膜的发光强度。非晶BST的发光与体系的无序性有关。800℃退火的晶态BST粉体和薄膜在紫外波长激发下,呈现微弱的发光现象。通过退火气氛和超声实验证明了晶态BST的发光与体系中的氧缺陷有密切关系。其次,研究了以晶态BST为基质的稀土Pr掺杂粉体和薄膜的光致发光性能。结果表明Pr掺杂BST粉体和薄膜在紫外波长激发下,在490nm、53Onm、545nm、612nm、649nm处存在明显的发光峰且粉体发光强度优于薄膜。当掺杂Pr浓度为0.5%时,粉体与薄膜的发射强度均达到最大,发光区域位于红光区。掺Pr粉体样品的发光强度随钡锶比的增大呈现先增大后减小的趋势,在Ba:Sr=0.75:0.25时,强度达到极大值。稀土Pr掺杂的BST能够实现紫外激发下红光发射。再次,研究了以晶态BST为基质的稀土Tb掺杂粉体和薄膜的光致发光性能。结果表明Tb掺杂BST粉体和薄膜在紫外波长激发下,在488nm、543nm处存在明显的发光峰且粉体发光强度优于薄膜,发光区域位于在蓝绿光区。随Tb浓度增加,粉体与薄膜样品在543nm的发光峰强度先增大而后保持不变,488nm处的发射峰由于浓度猝灭效应随掺杂浓度增大反而下降。Zn/Tb共掺能够提高其发光强度,且强度随Zn掺杂量的增加而增大,当Zn掺杂浓度为7%时,其强度提高了约3倍。稀土Tb掺杂的BST能够实现紫外激发下蓝绿光发射。