Mestrado em Engenharia FísicaNeste trabalho foram produzidas e caracterizadas amostras de matrizes
óxidas de gália (β-Ga2O3) e de galato de zinco (c-ZnGa2O4), materiais com
reconhecido interesse para aplicações em fósforos. Foram crescidas fibras de
β-Ga2O3 e c-ZnGa2O4 pela técnica de fusão de zona com laser, e produzidos
filmes finos de ZnO:Ga2O3 pela técnica de deposição de fluxo assistida por
laser. As amostras foram caracterizadas quanto à sua morfologia, composição
elementar, estrutura cristalina e propriedades óticas, com o objetivo de
correlacionar os centros oticamente ativos, de origem intrínseca ou por via de
dopagem, com as características estruturais das fibras.
Para as fibras de gália, não obstante a boa qualidade estrutural e ótica
das amostras não dopadas, a incorporação de dopantes promove a
policristalinidade da fibra e a emissão intraiónica característica do ião Eu3+ é
apenas detetada para temperaturas criogénicas. É promovida uma fase
secundária rica em iões de európio, o Eu3Ga5O12, onde se encontra inserida a
maioria dos centros emissores detetados, em simetrias locais diferentes
consoante a concentração de dopante e a velocidade de crescimento usada.
Para as fibras de galato de zinco, foi detetada uma contaminação com
iões Mn2+ que dá lugar a uma emissão verde com tempo de vida de ~ms, com
os iões incorporados na fase c-ZnGa2O4 em ambientes de simetria local Td e
em ambientes de mais baixa simetria, o que é explicado pela natureza
policristalina da fibra. Com o intuito de identificar os processos de extinção
térmica da luminescência foram realizados estudos da evolução da
intensidade de emissão em função da temperatura, que revelaram uma
energia de ativação de ~20 meV para os dois centros, o que sugere um baixo
grau de competição dos processos não radiativos com a emissão do Mn2+.
Este material revela grandes potencialidades para aplicações em fósforos,
sendo que a otimização no que concerne às variáveis de crescimento está já
a ser efetuada, de modo a serem produzidas fibras monocristalinas de c-
ZnGa2O4 para aumentar a eficiência de emissão do Mn2+ e outros fósforos.In this work potential phosphors based on gallium oxide (β-Ga2O3) and
zinc gallate (c-ZnGa2O4) hosts were produced and characterized. The β-Ga2O3
and c-ZnGa2O4 fibres were grown by laser floating zone technique and
ZnO:Ga2O3 films were produced by laser assisted flow deposition. The
samples’ morphology, elementary composition, crystalline structure and optical
properties, were analyzed aiming to correlate their optically active defects with
the samples structural characteristics.
For the europium doped gallium oxide fibres a polycrystalline nature is
promoted. The characteristic fingerprint lines of Eu3+ ion is observed in all the
grown samples at cryogenic temperatures. A secondary europium ion rich
phase develops, the Eu3Ga5O12, where the majority of the detected lines of
europium ions indicate that the lanthanide ions should be placed at different
local symmetries depending on the dopant concentration and growth velocity
used.
For the zinc gallate fibres, a contamination with Mn2+ ions was detected
which gives rise to an intense green emission at room temperature, with a
lifetime of ~ms. The ions were incorporated both at environments with Td and
with lower symmetry in the c-ZnGa2O4 phase, which is explained by the fibres’
polycrystalline nature. The evolution of the luminescence intensity as a
function of temperature indicate an activation energy of ~20 meV for both
optical centres, suggesting a low degree of competition between the
nonradiative processes and the Mn2+ emission. This material exhibit high
potentiality for phosphor applications, being the growth optimization process
currently undergoing, aiming to grow c-ZnGa2O4 monocrystalline fibres to
increase the Mn2+ and other phosphors emission’s efficiency
