鐵電-上轉換發(fā)光薄膜的逆壓電原位應變調控研究.pdf

1、稀土上轉換發(fā)光材料因其在生物醫(yī)學、激光和太陽能電池等領域有著重要的應用，吸引了國內外廣泛的研究興趣，如何進一步獲得高效的上轉換發(fā)光材料、探索新的調控手段從而滿足其在生物醫(yī)學、激光器等領域的應用要求也成為當前國內外的研究熱點。傳統(tǒng)上轉換發(fā)光性能的調控主要采用化學手段，這些方法不可重復調節(jié)，屬于靜態(tài)的調控手段，并且當引入不同類型、濃度的稀土離子時，會同時改變體系的晶格參數(shù)及缺陷狀態(tài)，限制了對其動態(tài)發(fā)光過程的認識。尋找新的調控途徑和手段，實現(xiàn)

2、實時、動態(tài)、可控的調節(jié)，對于研究上轉換發(fā)光機理及其應用具有重要意義。本論文基于此，提出利用原位逆壓電效應產生的動態(tài)應變來實現(xiàn)對上轉換發(fā)光性能的調控，在具有優(yōu)異壓電響應的0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-PT，PMNT)單晶襯底上，利用脈沖激光沉積(PLD)方法制備鐵電發(fā)光薄膜，研究制備工藝參數(shù)對薄膜相結構、電疇結構、形貌、鐵電與壓電性能的影響規(guī)律，確立高質量發(fā)光外延薄膜的最佳工藝參數(shù)，并在此基礎上，研究

3、不同原位應變下薄膜的發(fā)光性能，建立起應變、微觀結構與發(fā)光性能間的定量關系，主要研究結果如下：
　　1.以鐵電體 BaTiO3(BTO)作為基質材料，利用傳統(tǒng)固相反應法分別制備了單一Er3+摻雜、Er3+/Yb3+復合摻雜的發(fā)光靶材，研究了不同摻雜方式對靶材的致密度、相結構及上轉換發(fā)光性能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)通過調節(jié)燒結溫度，皆可獲得純相結構的靶材，980 nm波長的激光激發(fā)下，單一摻雜的靶材未檢測到明顯的發(fā)光輸出，A、B位復合摻雜

4、的靶材發(fā)光顯著，且A位復合摻雜的綠光輸出更強。
　　2.基于PMN-PT壓電單晶襯底，利用PLD首先制備了SrRuO3(SRO)底電極，研究了制備溫度、氧壓及沉積時間對SRO薄膜的表面形貌、粗糙度和電阻率的影響，優(yōu)化后SRO外延薄膜的表面方塊電阻為60Ω左右、粗糙度0.5 nm。在此基礎上，進一步制備了 BTO(Yb/Er)外延薄膜，總結了制備工藝對薄膜結構與性能的影響規(guī)律，優(yōu)化后的BTO(Yb/Er)薄膜粗糙度為0.9 nm，剩

5、余極化強度和矯頑場分別為10μC/cm2和5 kV/mm，微區(qū)下BTO(Yb/Er)薄膜施加電場后具有明顯的電疇翻轉和良好的微區(qū)壓電響應，980 nm的紅外激發(fā)光下，具有良好的上轉換發(fā)光性能。
　　3.利用PMN-PT單晶襯底的逆壓電效應，研究了襯底極化產生的剩余應變對薄膜發(fā)光強度的影響，0.5 kV/mm的電場極化襯底后，薄膜發(fā)光強度增強10％；另外，通過對襯底施加實時電場，研究了不同電場下（0-0.5 kV/mm）BTO(Yb