【正文】 x= 0:001~ 0:005) with cray irradiation [J]. Optical Materials, 2000, 15:143148致謝 首先，我要向董永軍和劉海蓮老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意。Gd,Ce:YAG晶片與Ce:YAG晶片的發(fā)光效率相同。其中發(fā)射光譜的激發(fā)波長為460nm，以發(fā)射光譜的主峰波長540nm作為激發(fā)光譜的監(jiān)測波長。從圖中可以看出，在相同的驅(qū)動(dòng)電流下，隨著晶片厚度的增加，白光LED的相對色溫顯著降低；而對于同一厚度的晶片樣品，隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，白光LED的相對色溫少有升高或不變。從圖中可以看到在200500nm范圍內(nèi)有3個(gè)明顯的吸收峰，分別位于223nm，340nm，460nm處。激發(fā)光譜是利用不同的波長來激發(fā)介質(zhì)，探測某一固定發(fā)射波長處的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)（入射）波長的變化。通過將未知物相的衍射花樣與已知物相的衍射花樣相比較，可以逐一鑒定出樣品中的各種物相。晶體放肩到合適尺寸(約Φ45~50mm)后即可進(jìn)入自動(dòng)等徑生長階段。反應(yīng)的化學(xué)方程式為： (25)其中x、y分別為Ce、Gd原子的摩爾百分比，我們?nèi)=%，y=30%。通過外罩的窗口，可以觀察到生長的情況。LED發(fā)展的瓶頸日益凸顯出熒光粉不能滿足現(xiàn)有白光LED需求及適應(yīng)未來白光LED發(fā)展趨勢的問題。單晶的高溫熔化結(jié)晶工藝決定了基質(zhì)材料的相純度比熒光粉高；發(fā)光稀土Ce3+離子在晶體中具有規(guī)范的晶體場配位結(jié)構(gòu)，占據(jù)穩(wěn)定Y3+發(fā)光中心格位，可以形成高的激發(fā)發(fā)射量子效率；受晶體場配位場格位約束，Ce3+離子在YAG單晶基質(zhì)中價(jià)態(tài)穩(wěn)定，不易發(fā)生變化。玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)尤其對力學(xué)性能、光學(xué)性能等起重要影響。這種方法存在兩個(gè)關(guān)鍵部分: 一個(gè)是Ga N 基藍(lán)光發(fā)光二極管。 從長遠(yuǎn)來看，隨著全球節(jié)能減排的盛行，LED產(chǎn)業(yè)也會(huì)更加升溫。LED 以其效率高、功耗小、壽命長、固態(tài)節(jié)能以及綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn), 真正點(diǎn)燃了 綠色照明的光輝。目前，對白光 LED 熒光材料的研究幾乎都集中在熒光粉上。白光LED作為第四代照明光源，因具備良好的節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)以及其它一系列的優(yōu)點(diǎn)而被全世界所關(guān)注，各國都在競相研究開發(fā)。目前針對白光LED 用熒光粉的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，其種類繁多，各有其特色及優(yōu)缺點(diǎn)，總體而言，還不能達(dá)到當(dāng)今LED 技術(shù)對熒光粉所期待的要求。 白光LED的實(shí)現(xiàn)方法( 1) 三基色LED 混色法 發(fā)射紅、綠、藍(lán)波長的三基色芯片組合封裝在一起, 通過空間混色的原理, 按照適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行匹配, 使得3 種顏色的光混合成白光, 采用這種方法具有效率高和使用靈活的特點(diǎn)。由于這種方法采用單顆芯片與單種熒光粉, 主要采用常用的YAG: Ce3+ 熒光粉轉(zhuǎn)換效率高, 操作上較易實(shí)現(xiàn), 且沒有紫外成分, 不會(huì)造成紫外輻射污染, 是目前制作白光LED 的主要方向[5]。 該熒光陶瓷的主相為Y3Al5O12，其對 470 nm 藍(lán)光有強(qiáng)烈吸收，并可激發(fā)發(fā)射出550 nm的黃光。Ce:YAG晶體具有極高的耐高溫特性和熱穩(wěn)定性。從而可以有效解決目前Ce:YAG熒光粉發(fā)光結(jié)構(gòu)白光LED存在的熒光粉激發(fā)效率低，色彩一致性差，光衰大，壽命短等一系列的缺點(diǎn)。 晶體的生長裝置 在晶體生長時(shí)。除此之外，選擇合適的溫場環(huán)境也很重要。 XRD測試用樣品 為了對晶體進(jìn)行物相組成、結(jié)晶度和雜相分析，首先要將切割下的一小片晶體在瑪瑙研缽中研磨成粉末樣品，再進(jìn)行精細(xì)X射線粉末衍射掃描。/s。但激發(fā)譜和吸收譜在一定程度上具有可比較性。另外，我們還以波長為340nm的單色光為激發(fā)光源，(c)。晶片越薄其所含有的Ce3+離子發(fā)光中心就越少，相應(yīng)的吸收的藍(lán)光也少，這樣便有較多的剩余藍(lán)光與晶片發(fā)射的黃光混合生成白光，如此使得兩種光的混合比例較為適中，白光的顯色指數(shù)高；但是由于吸收的藍(lán)光少，發(fā)射出的黃光也相應(yīng)較少，發(fā)光效率也就比厚度大的晶片低；反之，晶片越厚，Ce3+離子含量越多，對藍(lán)光的吸收也隨著增加，發(fā)射的黃光增多，藍(lán)光與黃光的配比失衡，造成顯色指數(shù)和相關(guān)色溫降低。這主要是由于晶體中Gd3+離子取代Y3+離子格位后，并不形成發(fā)光中心，只是改變了Ce3+離子周圍的晶體場。在此基礎(chǔ)上摻入Gd3+離子僅做為基質(zhì)離摻雜取代Y3+格位，并不形成發(fā)光中心，所以其Ce3+離子濃度與Ce:YAG相同，發(fā)光效率也幾乎相同。在此向老師致以最誠摯的感謝。工作電流對顯色指數(shù)，相關(guān)色溫的影響很小，但可以直接影響藍(lán)光芯片的發(fā)光效率，隨著工作電流的加大，藍(lán)光芯片的發(fā)光效率降低，從而導(dǎo)致白光LED的發(fā)光效率隨之降低。從圖中可以看到，Gd3+離子的摻雜使得Ce3+離子的發(fā)光紅移，使得其發(fā)光光譜在紅光區(qū)域得到較大的擴(kuò)展，增加了白光LED發(fā)射白光中的紅光成分，能夠在一定程度上彌補(bǔ)Ce3+離子發(fā)光缺乏紅光的不足，提高顯色性能。為了改善這種情況，增加白光中的紅光成分，我們探索了在Ce:YAG晶體中雙摻雜稀土離子，如Pr3+，Sm3+，Eu3+，Tb3+等在紅光區(qū)域都有豐富的發(fā)射峰[2021]期望通過稀土離子豐富的紅光發(fā)射來增加白光中的紅光成分，借此提高顯色性能，降低色溫。 Ce:YAG晶體的熒光光譜 Fluorescence spectra of Ce:YAG crystal Ce:YAG晶片結(jié)構(gòu)白光LED的光色電性能 我們制備了以Ce:YAG晶片與GaN藍(lán)光芯片組合而成的白光LED，并對白光LED的光色電性能進(jìn)行了測試，、（、）的晶片進(jìn)行測試，并考察了不同的驅(qū)動(dòng)電流對光色性能的影響。 白光LED光色電參數(shù)的測試 光色電參數(shù)的測試使用的是杭州遠(yuǎn)方光電信息有限公司生產(chǎn)的PMS50 光色電測試系統(tǒng)進(jìn)行測試, PMS50光色電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)積分球來測量LED的光通量以及輸出功率、光效、光譜等參數(shù)，光度測試準(zhǔn)確度為一級, nm，掃描范圍380800nm,掃描間隔5nm。光密度D、吸收截面積 σabs和吸收系數(shù) α 具有如下的關(guān)系： (27) (28)式 28中 N為離子的摻雜濃度。通常的XRD 物相分析包括定性分析和定量分析兩部分。 （5）下種烤晶：為防止下種熱應(yīng)力太大導(dǎo)致籽晶斷裂，下種速率一般以4mm/10min為宜。先要將初始原料在空氣中灼燒10小時(shí)以除去吸附水及其它的雜質(zhì)，灼燒溫度為600℃。 提拉法設(shè)備簡圖。單晶熒光材料代替熒光粉，可以省略熒光粉涂覆工藝過程，不但可以克服高溫導(dǎo)致的灌封膠黃化、光學(xué)性能劣化的缺點(diǎn)，而且能減少了LED出光方向的熱學(xué)、光學(xué)界面數(shù)，大大降低封裝熱阻，提高出光效率。Ce:YAG具有快衰減（80ns）耐高溫、熱力學(xué)穩(wěn)定、熱機(jī)械性能優(yōu)良、發(fā)光峰值波長(530nm)同常用的光電倍增管(PMT) 和硅光二極管的接收靈敏波長匹配好等特性, 是優(yōu)異的快衰減閃爍材料，所以常用于極端探測環(huán)境中，如輕粒子探測、中低能量γ射線探測、α粒子探測、β射線探測等領(lǐng)域，另外它還大量的應(yīng)用于電子探測成像（SEM）、高分辨率顯微成像熒光屏等領(lǐng)域[55,5758]。因此, 近年來稀土摻雜的YAG熒光粉得到了泛的研究。( 2) 紫外轉(zhuǎn)換的方法 以GaN 基紫光LED 為基礎(chǔ)光源, 用LED 發(fā)出的紫外光激發(fā)熒光材料, 通過熒光粉實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換發(fā)出可見光。“九五”和“十五”均列入科技“863”，“973”計(jì)劃，給予大筆經(jīng)費(fèi)資助。利用LED芯片產(chǎn)生的藍(lán)色發(fā)光有效激發(fā)Ce:YAG晶片，形成一種新型的白光LED發(fā)光結(jié)構(gòu)。安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)安徽工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）新型半導(dǎo)體白光LED照明用熒光材料的制備及性能研究II安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本課題提出一種新型Ce:YAG晶片發(fā)光結(jié)構(gòu)白光LED制備技術(shù)路線，其具有激發(fā)發(fā)射效率高,物化性能穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高，壽命長、可應(yīng)用于高功率白光LED,可實(shí)現(xiàn)增加紅色發(fā)光成分和調(diào)諧發(fā)光波段,優(yōu)化白光封裝LED結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。我國政府對發(fā)展藍(lán)光、白光LED 高度重視。發(fā)光全部來自發(fā)光二極管, 相對成本也比較高。稀土摻雜YAG熒光粉是熒光粉中重要的一種廣泛應(yīng)用于白光LED的生產(chǎn)制造,YAG 作為熒光粉的基質(zhì)材料具有透明度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好、耐高強(qiáng)度輻照和電子轟擊等優(yōu)點(diǎn) 。但是Ce:YAG晶體作為閃爍晶體引起人們的注意卻是在1992年，Moszynski和Ludziejewski[1011]等人分別于1994年和1997年對Ce:YAG晶體的閃爍性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并指出Ce:YAG晶體具有優(yōu)良的閃爍性能。 單晶熒光材料的使用可以有效縮減封裝工藝步驟、降低封裝熱阻、提高出光效率、提高器件可靠性。很多重要的實(shí)用晶體是用這種方法制備的，近年來這種方法又取得了幾項(xiàng)重大的改進(jìn)，能夠順利地生長某些易揮發(fā)的化合物（如GaP和含Pb的化合物）和特殊形狀的晶體（如八邊形、漏斗形等各種復(fù)雜形狀的藍(lán)寶石晶體、帶狀硅和氧化物晶體）。 Ce:YAG晶體原料的準(zhǔn)備 Ce:YAG晶體生長所用原料為Y2OAl2O3和CeO2粉末，%。 （4）升溫化料：裝爐、充氣之后即可打開中頻電源以10V/20min的速率升溫化料，同時(shí)打開晶轉(zhuǎn)，使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻，待料全部化完，仔細(xì)觀察熔體液流狀態(tài)，調(diào)整功率使熔體溫度在晶體熔點(diǎn)附近并恒溫，并準(zhǔn)備下籽晶。晶體經(jīng)過切割、拋光加工處理得到的測試樣品 樣品測試分析方法 X射線衍射法 材料的成分和組織結(jié)構(gòu)是決定其性能的基本因素，化學(xué)分析能給出材料的成分，形貌分析能揭示材料的顯微形貌，而 X 射線衍射分析(Xray diffiaction，XRD)[13]則可給出材料中物相的結(jié)構(gòu)及元素的存在狀態(tài)信息。測試得到的吸收光譜數(shù)據(jù)為各波長下的光密度D，即 lg(I/I0)。在我們的實(shí)驗(yàn)中一般設(shè)定入射縫寬度為1nm，出射縫寬度為3nm，測試范圍為220750 nm。另一方面由于Ce3+離子的4f組態(tài)的2F5/2和2F7/2基態(tài)能級間的間距約為2000cm1，因此由 Ce3+離子最低的5d能級向4f基態(tài)能級的熒光發(fā)射實(shí)際上由兩個(gè)相隔約50nm的發(fā)光峰組成，因?yàn)镃e3+離子同 YAG晶格間具有強(qiáng)的電聲子耦合導(dǎo)致兩個(gè)發(fā)光峰部分重疊，所以從發(fā)射光譜上觀察到的Ce3+:YAG晶體的發(fā)光譜呈現(xiàn)出較寬的發(fā)射帶[19]。 藍(lán)光LED和Ce:YAG晶片結(jié)構(gòu)白光LED的光色電性能Tab. Light, color and electrical property of bule LED and WLED used Ce:YAG crystal chips芯片工作電流（I/mA）光通量（Φ/lm）發(fā)光效率(lm/W)藍(lán)光LED藍(lán)光LED藍(lán)光LED 白光LED5025035050從Ce:YAG晶體的熒光光譜和電致發(fā)光光譜可以看出，發(fā)光光譜在紅光區(qū)域覆蓋面很少，這使得發(fā)射的白光缺少紅色成分，因此顯色指數(shù)不夠理想，而且顯色指數(shù)越高，對應(yīng)的色溫也越高。而電流的改變直接影響藍(lán)光芯片的發(fā)光效率，進(jìn)而影響了白光LED的發(fā)光效率。白光LED的顯色指數(shù)，相關(guān)色溫均隨著晶片厚度的增加而降低，而發(fā)光效率卻隨著晶片厚度的增加而升高。還要感謝我的輔導(dǎo)員劉菲老師對我的生活和學(xué)習(xí)給了很大的幫助。總結(jié) 本論文主要開展了Ce:YAG以及Gd摻雜的Ce:YAG晶體的生長及相關(guān)性能表征工作，并這2種單晶熒光材料以及由這2種單晶熒光材料制備的白光LED的光學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。當(dāng)Gd3+取代Y3+離子后，會(huì)使晶格擴(kuò)大，這將進(jìn)一步影響到Ce3+離子，使其最低5d能級變得更低，從而使得其發(fā)射光發(fā)生紅移[23]。 Ce:YAG晶片結(jié)構(gòu)白光LED的電致發(fā)光光譜中觀察出來。，發(fā)射光譜(b、c)是一個(gè)發(fā)光中心位于528nm處的寬峰發(fā)射譜，屬于黃綠光區(qū)，主要對應(yīng)于Ce3+離子的5d→4f電子躍遷所發(fā)射的光，屬于Ce3+離子的特征發(fā)射。 由于光致熒光光譜是一種表面行為，稱為Surface Luminescence，通常是在與入射光方向成90度方向進(jìn)行探測熒光的，所以對樣品的尺寸狀態(tài)沒有嚴(yán)格的要求，但是樣品表面狀態(tài)對光譜具有一定的影響。 晶體的吸收光譜法 室溫下，晶體吸收光譜的測量是在JASCO V570 UV/VIS/NIR光譜儀上測定的。 光譜性能測試用樣品 光譜性能測試所用的樣品制備較為簡單。選擇合適的保溫罩，并通過加蓋不同口徑的氧化鋯環(huán)來調(diào)整固液界面處以及整個(gè)生長腔內(nèi)的溫度梯度。裝置中銥坩堝尺寸為 Φ8080 mm，壁厚 3 mm。 研究內(nèi)容1，探索合適的Ce:YAG晶體的提拉法生長工藝，由于YAG晶體熔點(diǎn)高（約1970℃），如何選擇合適的工藝條件，生長出結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量優(yōu)異的晶體是重點(diǎn)研究內(nèi)容之一2，生長出Ce3+離子單摻及Ce3+與Gd3+離子共摻雜的YAG晶體，提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量3，研究Ce:YAG晶體及Ce3+與Gd3+離子雙摻雜的YAG晶體的光譜性能。在大功率LED使用條件下不會(huì)使氧從YAG晶格中釋放出來形成氧空位，從而不會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量比，不易產(chǎn)生輻照色心；在高溫環(huán)境下不會(huì)影響Ce3+離子在YAG單晶基質(zhì)中價(jià)態(tài)穩(wěn)定性；Ce:YAG晶體的熱導(dǎo)率為13