Lexsyg釋光探測器 | 在材料表征科研領(lǐng)域應(yīng)用分享

紫外光下的AlN陶瓷：lexsyg儀器揭示新型光電材料特性 ——從光致發(fā)光到熱釋光，解碼氮化鋁陶瓷的紫外響應(yīng)機制

在寬禁帶半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，氮化鋁（AlN）陶瓷因其6.2 eV的禁帶寬度和優(yōu)異性能備受關(guān)注。拉脫維亞大學(xué)研究團隊通過lexsyg research TL/OSL儀器系統(tǒng)，系統(tǒng)揭示了純AlN及摻雜陶瓷在紫外光作用下的光電響應(yīng)規(guī)律，相關(guān)成果為新型紫外探測器和輻射劑量計開發(fā)提供了重要參考。

實驗利器：lexsyg TL/OSL系統(tǒng)升級紫外響應(yīng)研究

研究采用德國Freiberg Instruments公司的lexsyg research TL/OSL發(fā)光分析系統(tǒng)（配備Hamamatsu R13456光電倍增管），并特別升級了263 nm固態(tài)激光光源（50 μJ，<10 ns脈沖）。該系統(tǒng)實現(xiàn)了：

1、高靈敏度TL/OSL信號采集（光譜范圍185-980 nm）

2、精確控制升溫速率（1 K/s）和輻射劑量

3、紫外光源與光纖耦合技術(shù)優(yōu)化
通過Andor SR-303i-B光譜儀聯(lián)用，成功捕獲AlN陶瓷在紫外激發(fā)下的熱釋光發(fā)射光譜，發(fā)現(xiàn)320 nm新型發(fā)光帶。

重要發(fā)現(xiàn)：摻雜對AlN光電性能的影響

1、光致發(fā)光（PL）特性

1）所有樣品均呈現(xiàn)300-550 nm寬譜紫外-藍(lán)光發(fā)射（含新型320 nm帶）和600 nm紅光帶（Mn²?雜質(zhì)）

2）摻Eu?O?樣品有525 nm綠光發(fā)射（Eu²?特征峰）

3）Lexsyg系統(tǒng)驗證：紫外激光（193/263 nm）激發(fā)下，紅光帶貢獻(xiàn)明顯差異（圖1）

圖1. (a)P1、P2、Y、G和E樣品在193 nm激光輻照后的TL曲線（采集300-700 nm積分發(fā)射信號，輻照后延遲10分鐘

(b) P1、P2、Y、G和E樣品在263 nm激光輻照后的TL曲線（采集300-700 nm積分發(fā)射信號，輻照時間60秒，延遲10分鐘）

2、熱釋光（TL）行為

1、TL主峰位于390 K，摻雜未明顯改變陷阱深度（圖1a）

2、Y?O?摻雜樣品TL強度高，但未改善信號衰減問題

3、TL發(fā)射光譜缺失320 nm帶，揭示(VAl-2ON)?中心的熱穩(wěn)定性（圖2擬合分析）

圖2. P1、P2、Y、G和E樣品經(jīng)193 nm激光輻照后的TL發(fā)射光譜（在390 K下采集，輻照及延遲時間均為10分鐘）

3、光電效應(yīng)新發(fā)現(xiàn)

在陶瓷材料中觀察到193-254 nm紫外光誘導(dǎo)的光電流（圖3），證實自由載流子生成機制。

圖3.（a） P1、G和Y樣品在ArF（193 nm）激光輻照下的光電流信號（輻照開始/結(jié)束以ON/OFF標(biāo)注）

(b) G樣品在激光輻照（193 nm (1)、248 nm (2)）及配備干涉濾光片的氘燈光源（200 nm (3)、254 nm (4)）下的光電流信號（輻照開始/結(jié)束以ON/OFF標(biāo)注）

技術(shù)啟示：儀器驅(qū)動的材料創(chuàng)新

本研究表明：

1、lexsyg系統(tǒng)的紫外光源升級為亞帶隙激發(fā)研究提供關(guān)鍵技術(shù)支撐

2、AlN:Y?O?在TL劑量計領(lǐng)域潛力突出（靈敏度達(dá)其他樣品數(shù)倍）

3、新型320 nm發(fā)光帶的發(fā)現(xiàn)（圖4）為缺陷工程提供新方向

圖4.(a) P1樣品在80 K時的PL發(fā)射光譜，用250 nm的氙燈激發(fā)(1)，用280 nm的ArF激光激發(fā)(2)，用193 nm的ArF激光激發(fā)(3)。點劃線示出了高斯帶對曲線(2)的擬合。(b)室溫下用250 nm (1)，280nm (2)氙燈和193nm(3)ArF激光激發(fā)G樣品的光致發(fā)光。

研究團隊強調(diào)，燒結(jié)工藝和摻雜類型通過改變氧缺陷分布（如Y?O?促進(jìn)Al?Y?O??相形成）明顯影響發(fā)光性能，而lexsyg儀器的高精度光譜解析能力是揭示這些規(guī)律的關(guān)鍵。

結(jié)語

這項研究不僅深化了對AlN光電機理的理解，更展示了先進(jìn)分析儀器在材料研發(fā)中的重要作用。lexsyg系統(tǒng)在寬禁帶半導(dǎo)體表征中的優(yōu)勢，為未來功能陶瓷開發(fā)提供了強有力的技術(shù)支撐。