紫外光下的AlN陶瓷：lexsyg儀器揭示新型光電材料特性

Lexsyg釋光探測器 | 在材料表征科研領域應用分享

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

在寬禁帶半導體材料領域，氮化鋁（AlN）陶瓷因其6.2 eV的禁帶寬度和優異性能備受關注。拉脫維亞大學研究團隊通過lexsyg research TL/OSL儀器係統，係統揭示了純AlN及摻雜陶瓷在紫外光作用下的光電響應規律，相關成果為新型紫外探測器和輻射劑量計開發提供了重要參考。

實驗利器：lexsyg TL/OSL係統升級紫外響應研究

研究采用德國Freiberg Instruments公司的lexsyg research TL/OSL發光分析係統（配備Hamamatsu R13456光電倍增管），並特別升級了263 nm固態激光光源（50 μJ，<10 ns脈衝）。該係統實現了：

1、高靈敏度TL/OSL信號采集（光譜範圍185-980 nm）

2、精確控製升溫速率（1 K/s）和輻射劑量

3、紫外光源與光纖耦合技術優化
通過Andor SR-303i-B光譜儀聯用，成功捕獲AlN陶瓷在紫外激發下的熱釋光發射光譜，發現320 nm新型發光帶。

重要發現：摻雜對AlN光電性能的影響

1、光致發光（PL）特性

1）所有樣品均呈現300-550 nm寬譜紫外-藍光發射（含新型320 nm帶）和600 nm紅光帶（Mn²⁺雜質）

2）摻Eu₂O₃樣品有525 nm綠光發射（Eu²⁺特征峰）

3）Lexsyg係統驗證：紫外激光（193/263 nm）激發下，紅光帶貢獻明顯差異（圖1）

圖1. (a)P1、P2、Y、G和E樣品在193 nm激光輻照後的TL曲線（采集300-700 nm積分發射信號，輻照後延遲10分鍾

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

2、熱釋光（TL）行為

1、TL主峰位於390 K，摻雜未明顯改變陷阱深度（圖1a）

2、Y₂O₃摻雜樣品TL強度高，但未改善信號衰減問題

3、TL發射光譜缺失320 nm帶，揭示(VAl-2ON)⁰中心的熱穩定性（圖2擬合分析）

圖2. P1、P2、Y、G和E樣品經193 nm激光輻照後的TL發射光譜（在390 K下采集，輻照及延遲時間均為10分鍾）

3、光電效應新發現

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

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/結束以ON/OFF標注）

(b) G樣品在激光輻照（193 nm (1)、248 nm (2)）及配備幹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/結束以ON/OFF標注）

技術啟示：儀器驅動的材料創新

本研究表明：

1、lexsyg係統的紫外光源升級為亞帶隙激發研究提供關鍵技術支撐

2、AlN:Y₂O₃在TL劑量計領域潛力突出（靈敏度達其他樣品數倍）

3、新型320 nm發光帶的發現（圖4）為缺陷工程提供新方向

圖4.(a) P1樣品在80 K時的PL發射光譜，用250 nm的氙燈激發(1)，用280 nm的ArF激光激發(2)，用193 nm的ArF激光激發(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G樣品的光致發光。

研究團隊強調，燒結工藝和摻雜類型通過改變氧缺陷分布（如Y₂O₃促進Al₅Y₃O₁₂相形成）明顯影響發光性能，而lexsyg儀器的高精度光譜解析能力是揭示這些規律的關鍵。

結語

這項研究不僅深化了對AlN光電機理的理解，更展示了先進分析儀器在材料研發中的重要作用。lexsyg係統在寬禁帶半導體表征中的優勢，為未來功能陶瓷開發提供了強有力的技術支撐。