https://doi.org/10.15407/jopt.2016.51.104
Optoelectron. Semicond. Tech. 51, 104-112 (2016)
O.N. Marchylo, L.V. Zavyalova, Y. Nakanishi, H. Kominami, K. Hara, S.V. Svechnikov, B.A. Snopok, A.E. Beliaev
RED-EMITTING PHOSPHORS BASED ON SrTiO3:Pr3+PREPARED BY SOL-GEL METHOD
Sol-gel technology for production of red-emitting phosphors based on SrTiO3:Pr3+ has been developed. Photo- and cathodoluminescence emission of samples with different contents of the activator Pr3+ were investigated. It has been ascertained that the maximum value of brightness of luminescence can be achieved under the optimal concentration of Pr3+ equal to 0.2 mol.% and annealing temperature 1300 °C. The possible mechanisms to improve the emission efficiency of crystal-based perovskite matrix with rare-earth ions are discussed as well. Finally, nanodispersed cathodophosphors with high more than 1500 cd/m2 brightness have been obtained being based on redemitting phosphor based on nanostructured crystalline SrTiO3:Pr3+. It allowed practical implementation of the concept of an optical converter for silicon UV sensors.
Keywords: crystal phosphors, SrTiO3:Pr, sol-gel method, photoluminescence, optical converter, ultraviolet.
References
1. Yamamoto H., Okamoto S., Kobayashi H. Luminescence of rare-earth ions in perovskite-type oxides: from basic research to applications. J. Lumin. 2002. 100. Р. 325-332.
https://doi.org/10.1016/S0022-2313(02)00432-5
2. Okamoto S., Tanaka S., Yamamoto H. Reduction process of Ruddlesden-Popper-type planar faults in SrTiO3:Pr3+ by Аl addition. Electrochem. and Solid-State Lett. 2000. 3(5). Р. 242-244.
https://doi.org/10.1149/1.1391013
3. Kim J.Y., You Y.C. and Jeon D.Y. Investigation of the characteristic changes on SrTiO3:Pr,Al,Ga phosphors during low voltage electron irradiation. J. Vacuum Sci. & Technol. B. 2003. 21(1). Р. 536-539.
https://doi.org/10.1116/1.1527955
4. Marchylo O.M., Zavyalova L.V., Nakanishi Y. et al. Synthesis and luminescent properties of SrTiO3:Pr3+ phosphors prepared by sol-gel method. Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. 2009. 12(4). Р. 321-323.
https://doi.org/10.15407/spqeo12.04.321
5. Marchylo O.M., Zavyalova L.V., Nakanishi Y. et al. Investigation of luminescent properties inherent to SrTiO3:Pr3+ luminophor with Al impurity. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2011. 14(4). Р. 461-464.
https://doi.org/10.15407/spqeo14.04.461
6. Okamoto S., Kobayashi H. and Yamamoto H. Effects of Al addition on photoluminescence properties in rareearth ion-doped SrTiO3. J. Electrochem. Soc. 2000. 147(6). Р. 2389-2393.
https://doi.org/10.1149/1.1393542
7. Okumura M., Tamatani M., Albessard A.K. et al. Luminescence properties of rare earth ion-doped monoclinic yttrium sesquioxide. Jpn. J. Appl. Phys. 1997. 36. Р. 6411.
https://doi.org/10.1143/JJAP.36.6411
8. Inaguma Y., Nagasawa D. and Kansumata T. Photoluminescence of praseodymium-doped Srn+1TinO3n+1. Jpn. J. Appl. Phys. 2005. 44(1B). Р. 761-764.
https://doi.org/10.1143/JJAP.44.761
9. Marchilo O.N., Nakanishi J., Kominami H. i dr. Novye vysokoeffektivnye kristallofosfory krasnogo svecheniya, poluchennye zol-gel metodom. Theoretical Experimental Chemistry. 2014. 50(1). S. 29-34. (in Russian)
https://doi.org/10.1007/s11237-014-9344-z
10. Marchilo O.N., Nakanishi Y., Kominami H., Hara K., Zav'yalova L.V., Svechnikov G.S., Snopok B.A. Optical converters based on ceramic crystal phosphor SrTiO3:Pr3+,Al for silicon sensors of ultraviolet radiation. Theoretical and Experimental Chemistry. 2012. 48, №3. Р. 143-148.
https://doi.org/10.1007/s11237-012-9252-z
11. Marchilo O.N., Nakanishi Y., Kominami H., Hara K., Zav'yalova L.V., Svechnikov S.V., Snopok B.A. Effect of Al3+ additives on the microstructure and photoluminescence of SrTiO3:Pr3+ phosphors prepared by a sol-gel method. Theoretical and Experimental Chemistry. 2013. 49, №3. Р. 158-164.
https://doi.org/10.1007/s11237-013-9309-7
12. Svechnikov S.V., Belyaev A.E., Morozovskaya A.N., Svechnikov G.S., Snopok B.A., Zavyalova L.V., Marchilo O.N. Nanorazmernye katodolyuminofory krasnogo cveta svecheniya na osnove perovskita SrTiO3, legirovannogo redkozemelnymi i perehodnymi ionami. Nanorazmernye sistemy i nanomaterialy: issledovaniya v Ukraine. Kiev: Akademperiodika, 2014. S. 192-197. (in Russian)
О.Н. Марчило, Л.В. Завьялова, Йо. Наканиши, Х. Коминами, К. Хара, Б.А. Снопок, С.В. Свечников, А.Е. Беляев
КРИСТАЛЛОФОСФОРЫ КРАСНОГО ЦВЕТА СВЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ SrTiO3:Pr3+, ПОЛУЧЕННОГО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ
Разработана золь-гель технология получения кристаллофосфоров красного цвета свечения на основе SrTiO3:Pr3+. Исследованы спектры фото- и катодолюминесценции образцов с различным содержанием активатора Pr3+ . Установлено, что концентрация Pr3+ 0,2 мол.% и температура отжига 1300 °С обеспечивают максимальную яркость люминесценции. Рассмотрены возможные механизмы повышения излучательной эффективности кристаллофосфоров на основе перовскитовых матриц с ионами РЗЭ. В результате на основе кристаллофосфора SrTiO3:Pr3+красного цвета получены нанодисперсные катодолюминофоры с высокой, более 1500 кд/м2 , яркостью свечения. Это позволило на их основе реализовать идею создания оптического конвертера для кремниевых датчиков ультрафиолета.
Ключевые слова: кристаллофосфор, SrTiO3:Pr, золь-гель метод, фотолюминесценция, оптический конвертор, ультрафиолет.