Optyczne badania struktur zol-żelowych domieszkowanych lantanowcami

Abstract

Za pomocą pomiarów fotoluminescencji (PL) oraz transmisji (T) przeprowadzono badania właściwości optycznych struktur zol-żelowych. Badane struktury zawierały podłoża wykonane z monolitycznego (Si), porowatego anodyzowanego aluminium (PAA) oraz kwarcu. Podłoża te pokryte były różnymi warstwami zol-żelowymi (TiO2, Al2O3, In2O3, ZrO2) oraz domieszkowane atomami ziem rzadkich Tb+3, Eu+3 po przez implantację lub wprowadzane techniką spin-on. Stwierdzono silny wpływ rodzaju podłoża, jego geometrii oraz jego grubości na optyczne właściwości umieszczanych w nim atomów, będących centrami emisji. Pokazano, że wzrost grubości warstwy żelu powoduje wzrost intensywności emisji. Zaobserwowano także ogólną prawidłowość silnego wzrostu intensywności w przypadku podłoża PAA w porównaniu z pozostałymi podłożami dla wszystkich rodzajów warstw zol-żelowych. Związane jest to z regularnym rozmieszczeniem oraz kształtem porów w tym rodzaju materiału związanych ze zjawiskiem reabsorpcji oraz reemisji [1, 3].

Wykonano pomiary struktur domieszkowanych jonami Eu+3. Silna widzialna emisja zbadana została w zakresie od 570 do 720nm. Najsilniejsze przejście - 617nm – zinterpretowano jako przejście 5D4-> 7F2. Zaobserwowano także, że wraz ze wzrostem koncentracji jonów Eu+3 wzrasta intensywność emisji. Złożoność zjawiska, jak na razie, nie pozwala na wyciąganie ostatecznych wniosków. Najprawdopodobniej u podstaw zaobserwowanych zjawisk leżą dwa procesy. Pierwszy z nich związany jest z transferem energii w warstwie zol-żelu do jonów lantanowców. Natomiast drugi proces związany jest z wielokrotnym wyświecaniem światła w porach [2].
Autor: Artur Podhorodecki, Jan Misiewicz

1. WPROWADZENIE

W ostatnich latach, wytwarzanie cienkich warstw zol-żelowych domieszkowanych optycznie aktywnymi jonami ziem rzadkich (Eu, Tb, Er, Nd) stało się przedmiotem zainteresowania zarówno technologów jak i fizyków zajmujących się optoelektroniką.

Europ jest jednym z lantanowców szeroko stosowanym w technologii do otrzymania emisji światła czerwonego. Zastosowanie jako centrum emisyjnego jonów Terbu pozwala otrzymać światło zielone, natomiast Erb emituje w zakresie podczerwieni stając się obiektem zainteresowania przemysłu telekomunikacyjnego.

Technologia zol-żelowa pozwala na pokrywanie nie tylko płaskich podłoży warstwą aktywną, lecz także podłoży porowatych. Dzięki temu, możliwe staje się modyfikowanie właściwości optycznych badanych struktur. Techniką, która służy do tego celu jest technika odśrodkowa (spin-on) lub technika zanurzeniowa (dipping). Kombinacja technologii zol-żelowej z technologią materiałów porowatych pozwala na uzyskanie nowych zastosowań w postaci różnych rodzajów czujników, źródeł lub przetworników światła oraz wyświetlaczy.

Jednym z najciekawszych aspektów badań tych struktur jest analiza silnej fotoluminescencji (PL) z lantanowców domieszkowanych do różnego rodzaju matryc, na różnego rodzaju podłożach. Zauważono bowiem, wzrost PL zarówno z podłoży krzemowych jak i z podłoży z porowatego anodyzowanego aluminium (PAA). Jednakże porowate aluminium zawiera regularne pory o przekroju sześciokątów o średnicy około 100nm, w przeciwieństwie do porowatego krzemu z nieregularnym rozkładem porów o dużym rozrzucie wielkości średnicy, znacznie silniej wzmacniając sygnał PL. Przedmiotem niniejszego artykułu będzie porównanie PL pochodzącej od struktur na płaskim oraz porowatym podłożu. Kolejnym celem pracy jest zbadanie wpływu matrycy zol-żelowej na właściwości optyczne badanych struktur.