発光寿命測定(焼成温度依存)

異なる温度で焼成した時の再結合過程における結晶欠陥の影響を Eu³⁺イオンが受けるか どうかを調べるために発光寿命測定を行った。

Fig. 5-11は各焼成温度での発光寿命の結果である。

(5-2)

(5-3)

また、各焼成温度の各パラメーターをTable5-1にまとめた。減衰定数τに関わらず同じ 値(τ1=0.06, τ2=0.5, τ3=4.5, τ4=15 ms)を持っている。焼成前の試料の減衰曲線はτ1=0, τ2=0, τ3=6,

τ4=25 msで、短い成分を持っていなかった。

減衰時間τeffを式(5-4)で求めた。

(5-4) 式(5-4)から求められた値を1/Tcでプロットした図をFig. 5-12に示す。焼成温度が300℃及

び 400℃の時は発光が弱くて測定できなかった。Tc≧450℃のときは活性化エネルギーは

~0.4 eVである事が分かった。この結果から、発光減衰時間の活性化エネルギーは発光強度

(~0.7-1.0 eV)と比べて感度が低い事が分かる。

また、Fig. 5-13はkiisk氏の報告から引用した図になります¹。Fig. 5-14には化学反応 合成法で作製した SnO2:Eu³⁺蛍光体の発光寿命測定の結果を、引用した図と比較しやすい ようにプロットし直した図を示す。今回の減衰時間は、報告された値と非常によく一致し ていることが分かった ^1,4。このことから、作製方法や焼成温度に関わらず SnO2:Eu³⁺蛍光 体は同じような結晶欠陥の影響を受けることが分かった¹⁹。

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Fig. 5-11 発光寿命測定結果 Fig. 5-12 減衰時間

0 10 20 30 40

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰

Intensity (arb. units)

Time (ms)

1200°C

900°C

600°C 500°C

0 1 2 3 4

0.1 1 10 100

1/T_c (10³ K¹)

eff (ms)

1000 400 200 100 0

T_c (°C)

E_a~0.4 eV

FIG. 7 T. Arai

0.001 0.01 0.1 1

(a) 1200°C

0.001 0.01 0.1 1

(b) 900°C

0.001 0.01 0.1 1

Intensity (normalized)

(c) 600°C

0.001 0.01 0.1 1

(d) 500°C

0 5 10 15 20 25

0.001 0.01 0.1 1

Time (ms) (e) As-synthe. (H₂SnO₃:Eu³⁺)

Fig. 5-13 発光寿命(sol-gel法)¹ Fig. 5-14 発光寿命(化学反応合成法)

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Tc (C) a1 1 (ms) a2 2 (ms) a3 3 (ms) a4 4 (ms) eff (ms)

20*     0.6 6 0.4 25 20.0

450 0.70 0.06 0.17 0.5 0.09 4.5 0.04 15 9.6

500 0.750 0.06 0.203 0.5 0.038 4.5 0.009 15 6.3

550 0.60 0.06 0.31 0.5 0.08 4.5 0.01 15 5.6

600 0.400 0.06 0.365 0.5 0.187 4.5 0.048 15 8.3

900     0.41 4.5 0.59 15 13.2

1200   0.47 0.5 0.28 4.5 0.25 15 11.8

*As-synthesized (H2SnO3:Eu³⁺).

Table 5-1 各焼成温度の減衰成分

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結論

化学反応合成法で作製したSnO2:Eu³⁺蛍光体は、焼成温度Tcに関わらず、⁵D0→⁷F1遷移 発光を観測できた。しかし、sol-gel法で作製すると直接励起の時に⁵D0→⁷F2遷移発光を示 す。この原因はSnO2の結晶格子の中に Eu³⁺イオンがとのように取りこまれるかによるこ とが分かった。化学反応合成法では焼成温度に関わらず Eu³⁺イオンは中心対称サイトに取 り込まれるのに対し、sol-gel法では低温で焼成するとEu³⁺イオンは非中心対称サイトに取 り込まれるからである。

また、発光寿命測定から、発光減衰時間は焼成温度Tcに強く依存することも分かった。

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