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本论文的目的是研究无机氧化物本征缺陷发光材料的发光机理。在不同的气氛(氧分压和金属气氛)中处理样品来调整样品中的本征缺陷,通过研究样品的荧光光谱、反射光谱、荧光衰减曲线、变温光谱、电子顺磁共振谱和热释光谱等确定不同本征缺陷在荧光粉中的作用。主要研究结果如下:
1.利用荧光光谱、变温光谱等研究了ZnO荧光粉的激子发射与绿色发射间的关系。发现激子通过扩散的方式向绿色发光中心传递能量。
2.利用氧分压的实验确定了氧空位在ZnO荧光粉中的作用,锌气氛的实验证明了锌空位是ZnO荧光粉绿色发射的发光中心之一。电子顺磁共振谱的实验证明了在ZnO中存在V<,0>,进一步的实验表明V<,0>是ZnO的发光中心之一。ZnO荧光粉绿色发射的发光机理是:氧空位和锌空位的复合发光。
3.利用氧分压和镓气氛的变化系统地研究了β-Ga<,2>O<,3>荧光粉的本征缺陷对其蓝色发射的影响,表明氧空位、镓空位、填隙镓均为β-Ga<,2>O<,3>荧光粉的发光中心。EPR的实验检测出了V<,0>和Ga<2+>(Ga<,i>或Ga<,Ga>)的信号,半定量的实验表明这两个缺陷都参与到了β-Ga<,2>O<,3>荧光粉蓝色发射的发光过程中。β-Ga<,2>O<,3>荧光粉的蓝色发射的发光机理为:施主缺陷(氧空位、填隙镓或Ga<2+>)与受主缺陷(镓空位或者镓空位与氧空位的缺陷对)的复合发光。
4.利用氧分压、金属气氛(锌分压和锗分压)的实验系统地研究了缺陷对Zn<,2>GeO<,4>荧光粉的发光性能的影响。荧光光谱和EPR谱的实验表明氧空位、填隙锌、锌空位和锗空位均为Zn<,2>GeO<,4>荧光粉的发光中心。EPR检测到了一价金属锌的存在,这对金属锌是一个罕见的价态。利用热释光谱和变温EPR谱测量了部分缺陷的能级,V<,0>和Zn<,i>的能级分别为44 meV和46 meV。Zn<,2>GeO<,4>蓝白色发射的发光机理为:氧空位或填隙锌与锌空位或锗空位的复合发光。Zn<,2>GeO<,4>荧光粉的光致发光亮度能达到商品化ZnO荧光粉的140%。
5.根据无机氧化物本征缺陷发光材料的特点提出了无机氧化物是否具备本征缺陷发光性能的经验判据(δ值)。δ值在1.0左右的氧化物可能会具有本征缺陷发光性能。据此找到了一个新型的本征缺陷发光材料:MgGa<,2>O<,4>,并研究了其发光性能和发光机理。MgGa<,2>O<,4>荧光粉的亮度同商品化ZnO荧光粉的亮度相当。