Title

Propiedades físicas y químicas del Sr2CeO4 y del Sr2-xEuxCeO4 sintetizados por el método de combustión y su aplicación en dispositivos electroluminiscentes

Physical and chemical properties of Sr2CeO4 and Sr2−xEuxCeO4 sinthesized by the combustion method and their aplication in

electroluminiescent devices

Author

Néstor Perea López

Contributor

Gustavo Alonso Hirata Flores (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

Se estudiaron las propiedades estructurales y de luminiscencia de los óxidos luminiscentes Sr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub> y Sr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub>. Por medio del método de síntesis por combustión seobtuvieron polvos de ambos compuestos. Dichos polvos se caracterizaron por medio delas técnicas de difracción de rayos-X, microscopía electrónica de barrido, microscopíaelectrónica de transmisión. Además, se analizaron sus propiedes ópticas por medio deespectrofotometría de fluorescencia y absorción óptica en el ultravioleta-visible.A partir de los polvos se logró fabricar cerámicos que sirvieron como blancospara hacer depósitos de películas delgadas de ambos compuestos. Los depósitos sehicieron por medio de la técnica de depósito por laser pulsado (PLD, por sus siglasen inglés) y se logró con éxito la fabricación de películas delgadas de Sr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub> sobresustratos de silicio(111). Las películas delgadas obtenidas emiten eficientemente labanda característica blanca-azul del compuesto.Una vez conocidos los parámetros de crecimiento de películas delgadas de estoscompuestos por PLD, se fabricaron dispositivos electroluminiscentes en película delgada(TFEL, por sus siglas en inglés). Los dispositivos TFEL se construyeron sobre una hojacerámica de BaTiO<sub>3</sub>, que a la vez sirve como capa aislante y sustrato que soporta eldispositivo. Se fabricaron dispositivos de ambos compuestos. Sin embargo, solo eldispositivo TFEL construido con capa activa de Sr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub> emite luz (roja). Estedispositivo tiene voltaje de umbral de 150V y emite con coordenadas de cromaticidadde la CIE (Comission Internationale de’lEclariage) x = 0.639 y y = 0.338. Su eficienciamáxima es de 16×10<sup>-3</sup> lm/W, lo cual ocurre a 300V donde emite 28×10<sup>-3</sup> cd/m<sup>2</sup>. Elanálisis de la distribución del potencial en cada capa del TFEL revela que el campoeléctrico en la capa de Sr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub> alcanza 1.11 MV/cm cuando el TFEL se alimentacon un voltaje de 400V. Dicho campo eléctrico es suficiente para acelerar electrones yexcitar por impacto a los iones de Eu<sup>3+</sup> que finalmente emiten la luz roja que sale deldispositivo. Sin embargo, dicho campo no es suficente para estimular la luminiscenciapor transferencia de carga en el Sr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub>; que requiere ~4.1 eV para que se produzca.

The structural and luminescent properties of the luminescent oxides Sr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub> andSr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub> have been studied. Fine powders of both compounds were obtainedby means of the combustion synthesis method. Characterization of their structuralproperties was performed by means of X–Ray diffraction, Scanning electron microscopyand transmission electron microscopy. On the other hand, luminescent properties werestudied by fluorescence spectrophotometry and optical absorption in the ultravioletvisible region.These powders were used to fabricate ceramic pellets, which then where usedas ablation targets to grow thin films of both compounds. Thin film deposition wascarried out by means of the pulsed laser deposition technique. Successful depositionof Sr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub> on silicon(111) substrates was achieved. These films emitted efficiently thecharacteristic white-blue emission band of this compound similar to bulk or powder.Once we controlled all the PLD deposition parameters we proceeded to fabricatethin film electroluminescent devices (TFEL). These TFEL’s were built on BaTiO<sub>3</sub> ceramic sheets, which serve as insulating layer and substrate to support the device. EvenTFEL devices of both compounds were constructed, only that built whit Sr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub>active layer emitted light (red). These devices have threshold voltage of 150V and emitin the CIE coordinates (0.639,0.338). The maximum efficiency achived was 16×10<sup>-3</sup>lm/W at 300V where luminance is 28×10<sup>-3</sup> cd/m<sup>2</sup>. The calculation of the potentialdistribution over the TFEL layers reveals that the electric field in the phosphor layerof Sr<sub>2-x</sub>Eu<sub>x</sub>CeO<sub>4</sub> reaches 1.11 MV/cm when the applied voltage is 400V. At this veryhigh electric field, electrons are accelerated and “heated”, acquiring in this way enoughenergy to impact–excite the Eu<sup>3+</sup> ions. From these ions, red light is emmited, whichfinally comes out from the device window. Nevertheless, this electric field is not highenough to stimulate the charge transfer that is required to produce luminescence inSr<sub>2</sub>CeO<sub>4</sub> (~4.1 eV ).

Publisher

CICESE

Publish date

2006

Publication type

Doctoral thesis

Format

application/pdf

Language

Spanish

Citation suggestion

Perea López, N.2006.Propiedades físicas y químicas del Sr2CeO4 y del Sr2-xEuxCeO4 sintetizados por el método de combustión y su aplicación en dispositivos electroluminiscentes.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.110 pp.

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Repositorio Institucional CICESE

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