紫外光下的AlN陶瓷：lexsyg仪器揭示新型光电材料特性

Lexsyg释光探测器 | 在材料表征科研领域应用分享

紫外光下的AlN陶瓷：lexsyg仪器揭示新型光电材料特性 ——从光致发光到热释光，解码氮化铝陶瓷的紫外响应机制

在宽禁带半导体材料领域，氮化铝（AlN）陶瓷因其6.2 eV的禁带宽度和优异性能备受关注。拉脱维亚大学研究团队通过lexsyg research TL/OSL仪器系统，系统揭示了纯AlN及掺杂陶瓷在紫外光作用下的光电响应规律，相关成果为新型紫外探测器和辐射剂量计开发提供了重要参考。

实验利器：lexsyg TL/OSL系统升级紫外响应研究

研究采用德国Freiberg Instruments公司的lexsyg research TL/OSL发光分析系统（配备Hamamatsu R13456光电倍增管），并特别升级了263 nm固态激光光源（50 μJ，<10 ns脉冲）。该系统实现了：

1、高灵敏度TL/OSL信号采集（光谱范围185-980 nm）

2、精确控制升温速率（1 K/s）和辐射剂量

3、紫外光源与光纤耦合技术优化
通过Andor SR-303i-B光谱仪联用，成功捕获AlN陶瓷在紫外激发下的热释光发射光谱，发现320 nm新型发光带。

重要发现：掺杂对AlN光电性能的影响

1、光致发光（PL）特性

1）所有样品均呈现300-550 nm宽谱紫外-蓝光发射（含新型320 nm带）和600 nm红光带（Mn²⁺杂质）

2）掺Eu₂O₃样品有525 nm绿光发射（Eu²⁺特征峰）

3）Lexsyg系统验证：紫外激光（193/263 nm）激发下，红光带贡献明显差异（图1）

图1. (a)P1、P2、Y、G和E样品在193 nm激光辐照后的TL曲线（采集300-700 nm积分发射信号，辐照后延迟10分钟

(b) P1、P2、Y、G和E样品在263 nm激光辐照后的TL曲线（采集300-700 nm积分发射信号，辐照时间60秒，延迟10分钟）

2、热释光（TL）行为

1、TL主峰位于390 K，掺杂未明显改变陷阱深度（图1a）

2、Y₂O₃掺杂样品TL强度高，但未改善信号衰减问题

3、TL发射光谱缺失320 nm带，揭示(VAl-2ON)⁰中心的热稳定性（图2拟合分析）

图2. P1、P2、Y、G和E样品经193 nm激光辐照后的TL发射光谱（在390 K下采集，辐照及延迟时间均为10分钟）

3、光电效应新发现

在陶瓷材料中观察到193-254 nm紫外光诱导的光电流（图3），证实自由载流子生成机制。

图3.（a） P1、G和Y样品在ArF（193 nm）激光辐照下的光电流信号（辐照开始/结束以ON/OFF标注）

(b) G样品在激光辐照（193 nm (1)、248 nm (2)）及配备干涉滤光片的氘灯光源（200 nm (3)、254 nm (4)）下的光电流信号（辐照开始/结束以ON/OFF标注）

技术启示：仪器驱动的材料创新

本研究表明：

1、lexsyg系统的紫外光源升级为亚带隙激发研究提供关键技术支撑

2、AlN:Y₂O₃在TL剂量计领域潜力突出（灵敏度达其他样品数倍）

3、新型320 nm发光带的发现（图4）为缺陷工程提供新方向

图4.(a) P1样品在80 K时的PL发射光谱，用250 nm的氙灯激发(1)，用280 nm的ArF激光激发(2)，用193 nm的ArF激光激发(3)。点划线示出了高斯带对曲线(2)的拟合。(b)室温下用250 nm (1)，280nm (2)氙灯和193nm(3)ArF激光激发G样品的光致发光。

研究团队强调，烧结工艺和掺杂类型通过改变氧缺陷分布（如Y₂O₃促进Al₅Y₃O₁₂相形成）明显影响发光性能，而lexsyg仪器的高精度光谱解析能力是揭示这些规律的关键。

结语

这项研究不仅深化了对AlN光电机理的理解，更展示了先进分析仪器在材料研发中的重要作用。lexsyg系统在宽禁带半导体表征中的优势，为未来功能陶瓷开发提供了强有力的技术支撑。