[发明专利]一种碱土金属离子掺杂提高红外光发射的硅基SnO2

权利要求书

1.碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜的制备方法，其特征是，碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜中所述的碱土金属离子包括Mg²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺和Ba²⁺；硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜结构为SnO₂:Er³⁺纳米晶镶嵌的非晶SiO₂薄膜，相对于Si元素Sn⁴⁺的掺杂浓度范围为5-50 mol%，Er³⁺离子的浓度为3-10 mol%，碱土金属掺杂浓度为2-25 mol%；碱土金属掺杂增加SnO₂的缺陷态数量、调节SnO₂的光学带隙和晶体对称性；发光过程为SnO₂纳米晶吸收紫外光能量然后将吸收的能量传递给附近的Er³⁺离子，随后处于Er³⁺离子激发态的电子跃迁到基态发出相应的荧光；制备方法为： 1）采用RCA标准清洗法清洗硅片作为衬底； 2）将正硅酸四乙酯TEOS、去离子水和无水乙醇按照体积比1:1:2混合均匀，加入盐酸调节pH为2.0，按照设计的摩尔比精确称量SnCl₄•5H₂O、Er(NO₃)₃•5H₂O和碱土金属氯酸盐，并将其充分溶解于上述溶液中形成溶胶； 3）溶胶置于60℃环境水浴4小时，然后置于室温条件老化1天形成凝胶； 4）量取适量的凝胶滴涂到清洗干净的硅片上，利用旋涂技术制备碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜，旋涂转速2000-7000转/分； 5）将碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜置于干燥箱100℃1小时，随后在空气氛围中1000℃退火1小时； 6）在325 nm He-Ge激光器的激发下测试碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜的发光性能，红外光波段测试采用液氮冷却的InGaAs光电二极管作为探测器。

2.根据权利要求1所述的碱土金属离子掺杂硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜的制备方法，其特征是，掺杂碱土金属后硅基SnO₂:Er³⁺复合结构薄膜的红外光强度得到大幅度提高，其积分强度最大提高12倍。