SiN<,x>:Tb<'3+>薄膜的制备及其与银表面等离激元耦合

来源 :浙江大学材料与化学工程学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hou189
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高效率的固态光源一直是人们所追求的目标,根据内量子效率的计算,提高光源的发光效率途径包括抑制体系的非辐射复合和提高辐射复合的几率。作为一种在金属和介质界面处存在的电磁波,表面等离激元在提高有机半导体发光二极管、InGaN/GaN量子阱以及pn结的辐射复合上得到了广泛的应用。因此我们将表面等离激元与作为微光源的SiNx:Tb3+发光体系相互作用,研究影响两者相互耦合的因素,以获得高效率的微光源。主要得到了以下结果:通过等离增强化学气相沉积所获得的SiNx薄膜,其禁带宽度随着Si含量的上升而下降。随着热处理温度升高,SiNx薄膜的傅立叶红外光谱中对应Si-N峰有蓝移现象且强度基本保持不变,而2100cm-1的Si-H峰和3350cm-1的N-H峰逐渐变小至消失,这是由于在退火过程中,H从薄膜中逸出。通过离子注入的方法,向SiNx薄膜注入稀土离子Tb3+,经高温退火后,可以得到明锐的Tb3+离子的发光,最强峰位于约543 nm,Tb3+离子注入的不同Si含量的氮化硅薄膜都有Tb3+离子的5D47Fk(k=6-3)的系列发光峰,其发光峰位不受薄膜中Si含量的影响。通过磁控溅射的方法,在SiNx:Tb3+薄膜表面沉积银岛膜,利用银表面等离激元会和发光体的电磁场耦合,改变了系统的光模密度,导致Tb3+的辐射复合寿命降低。而RTP工艺获得的不同尺寸的颗粒对辐射复合寿命的影响也不同,理论计算和实验说明颗粒半径不同会引起介电常数的变化,进而影响电场的变化,最终对Tb3+离子辐射复合寿命的影响也是不同的。银表面等离激元与SiNx:Tb3+的受激辐射的耦合受距离的影响,当距离满足半波长整数倍时形成相长干涉,发光薄层放置于此处时,两者耦合强度最大。当发光体与银表面等离激元距离形成相消干涉,耦合强度很小,发光不但得不到增强,相反会受到抑制。当把衬底换成透明的石英衬底之后,使得激发光可以直接与Tb3+作用,因此不但可以获得了辐射复合寿命的降低,而且使光致荧光强度也获得增加。溅射时间增加,银岛膜厚度增加,吸收了更多的电磁波用来激发表面等离激元,对光致荧光的增强效应也最好。当SiNx薄膜中存在硅纳米晶或者缺陷时,会有部分能量与其发生作用,这会和SPP与Tb3+的耦合形成竞争关系,从而不利于后者效率的提高。
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