冲破性手艺：激光烧结完成1毫米级无裂纹掺铒二氧化硅薄膜

Lexsyg光谱仪切确考证光学机能

文章来历：

在硅基光学器件范畴，若何制备高厚度、无裂纹且具有优良发光机能的薄膜一向是手艺困难。克莱姆森大学连系研讨团队经由过程CO₂激光烧结手艺胜利制备出厚度跨越1毫米的无裂纹掺铒二氧化硅薄膜，为微型化闪灼体和光学波导器件供给了全新处理计划。研讨中，lexsyg research作为主要检测装备，切确揭露了资料的发光特点与闪灼机能。

手艺冲破：从溶胶配方到激光烧结的全流程立异

1、溶胶-凝胶先驱体优化

质料立异：接纳四乙氧基硅烷（TEOS）与六甲基二硅氧烷（HMDS）夹杂系统，经由过程调控HMDS比例（硅摩尔占比25%），将凝胶时候耽误至24小时，防止相分手。

稀土搀杂：引入0.5%的铒离子（Er³⁺）和1%的铝离子（Al³⁺），晋升发光效力并按捺浓度淬灭，同时经由过程Pluronic F127聚合物调理溶胶流变性，削减枯燥应力。

2、CO₂激光烧结工艺

装备设置装备摆设：接纳10.6 μm波长CO₂激光（功率7 W，扫描速率1 mm/s），聚焦光斑直径1 mm，经由过程部分疾速加热完成薄膜致密化。

厚度冲破：单层薄膜厚度从传统炉火烧结的500 nm晋升至1毫米以上，且无裂纹发生，关头归因于部分热应力败坏机制（无限元模子考证，图1）。

图1. (A)二氧化硅:铒在379nm激起下的PL光谱;(B)在550nm监测二氧化硅:铒的PL光谱；(C)二氧化硅在379nm激起下的PL光谱；(D)二氧化硅:铒的RL光谱；和(E)二氧化硅的RL光谱。

机能考证：lexsyg揭露资料发光特点

1、光致发光（PL）与喷射发光（RL）测试

lexsyg主要感化：经由过程lexsyg research光谱仪对X射线激起下的薄膜停止测试，成果显现：掺铒薄膜在550 nm处显现激烈的Er³⁺特点峰（4S3/2→4I15/2跃迁），与光电倍增管检测波段高度婚配。

发明：RL谱中察看到467 nm峰（2P3/2→4I11/2跃迁），证明资料在辐射探测中的高活络度。

图2.在以1 mm/s的速率停止7w激光扫描以后，由AFM丈量的薄膜厚度:(A)约莫914 nm的原始厚度，和(B)约莫3080 nm的原始厚度。

2、布局不变性与致密化

SEM/AFM阐发：激光烧结后薄膜致密度靠近熔融石英基底，缩短率不变在67%，与炉火烧结结果相称。

应力节制机制：无限元摹拟标明，激光烧结经由过程 “软区应力开释”按捺裂纹，而传统烧结因全体受热致使应力积累。

论断与行业利用远景

本研讨经由过程溶胶-凝胶连系CO₂激光烧结手艺，冲破传统工艺的厚度限定，胜利制备出1毫米级无裂纹掺铒二氧化硅薄膜。lexsyg的高活络度光谱阐发才能为资料机能考证供给了靠得住数据撑持，凸显其在光学资料研发中的不可替换性。该手艺无望利用于：

1、高能物理探测：如粒子加快器中的微型化闪灼体探测器；

2、医学成像：X射线/γ射线成像装备的活络层资料。