The broadband emission of Cr3+-doped CaY2Mg2Ge3O12 and its applications for NIR detectors

荧光粉 发光 半最大全宽 发光二极管 量子效率 近红外光谱 光电子学 材料科学 发射强度 物理 光学
作者
Yuyan Li,Ye Jin,Fei Fang,Huayan Lin,Hongtao Chen,Yanbin Xiong,Yongfu Liu,Li Ma,Xiaojun Wang
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:52 (47): 17776-17784 被引量:17
标识
DOI:10.1039/d3dt03370h
摘要

A phosphor-converted light-emitting diode (pc-LED) is a prime light source in smart broadband near-infrared (NIR) spectroscopy. The performance of NIR pc-LEDs crucially depends on the employed NIR luminescent materials. In this study, we synthesized a novel high-efficiency broadband NIR phosphor, CaY2Mg2Ge3O12:Cr3+ (CYMG:Cr3+). Under 450 nm excitation, CYMG:Cr3+ exhibited remarkable broadband NIR emission from 650 to 900 nm with a full width at half maximum (FWHM) of 115 nm. Within the CYMG lattice, the Cr3+ ion occupies Ca/Y sites in the dodecahedron Ca/YO8 and Mg sites in the octahedron MgO6, giving rise to two distinct Cr3+ luminescence centers. Remarkably, the emission at 100 °C remained at 92% of its room temperature intensity and 81% at 150 °C, showcasing its exceptional thermal stability. The internal quantum efficiency (IQE) reached an impressive 81.1%, with an activation energy ΔE of 0.324 eV. Furthermore, we integrated the CYMG:Cr3+ phosphor with a commercial 450 nm blue chip to fabricate a micro NIR pc-LED, which exhibited stable NIR emission across different driving currents, with a NIR output power of 49.65 mW@400 mA and a photoelectric conversion efficiency of 10.52% at 20 mA. All findings highlight CYMG:Cr3+ as a stable and efficient broadband luminescent material for high-performance NIR LEDs.
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