Sistemas nanoestructurados emisores de luz basados en el dopado con tierra rara para aplicaciones integradas fotónicas en infrarrojo y visible

Resumen

Actualmente el avance de la tecnología de dispositivos de iluminación (LEDs) requiere el estudio detallado de los procesos físicos y las propiedades químicas de los componentes de los materiales implicados. Para poder desarrollar nuevos sistemas luminiscentes que aprovechen con la mayor eficiencia posible la energía implicada es necesario mejorar las estructuras, los materiales y/o los procesos disponibles en la actualidad. Una aproximación muy prometedora es hacer uso de sistemas nanoestructurados, ya sea en forma de polvos cristalinos o láminas delgadas, debido a que se puede realizar un control y diseño en la nanoescala de cada uno de los componentes, elevando la eficiencia en el uso de la materia prima y maximizar su rendimiento específico. En este trabajo presentamos un estudio de las propiedades de tres materiales: TiO2, Al2O3, SiAlON, implementados como matrices; y como elementos ópticos activos se han introducido iones de tierras raras (TR) incluidos en ellas: Er3+, Eu3+, Tb3+, Tm3+, Eu2+. En la primera parte se abarca la caracterización de materiales en forma de xerogeles de TiO2 dopados con Er y Eu, como sensores ópticos de cristalinidad y sistemas eficientes de emisión de luz en el rango espectral del infrarrojo cercano (NIR) y del visible (Vis), respectivamente. En la segunda parte se exponen los estudios de sistemas luminiscentes de láminas delgadas compuestas por multicapas dieléctricas dopadas con tierras raras, altamente compatibles con las presentes tecnologías basadas en Si. Entre los sistemas que se diseñaron y fabricaron para esta tesis caben destacar las nanoestructuras de multicapas de láminas de Al2O3:Eu que en función de la concentración volumétrica del Eu se pudieron obtener desde emisiones de luz blanca en forma de banda ancha hasta emisiones en el rojo en forma de picos discretos; láminas de Al2O3:Eu:Tb:Tm denominadas RGB, que combinan las emisiones individuales de cada TR en una región específica del espectro visible en forma de picos discretos, éstos una vez integrados producen luz blanca con propiedades cromáticas ajustables; y finalmente, láminas de SiAlON:Eu que presentan emisiones de luz blanca en forma de banda ancha abarcando la mayoría del espectro visible y cuyas propiedades cromáticas son ajustables en función de la concentración de los iones de Eu.