Katı-hal aydınlatma (SSL) için yeni bir silikon oksinitrür (Si2N2O-Sinoit) fosfor malzemesinin üretimi
Production of a novel silicon oxynitride (Si2N2O-Sinoite) phosphour material for solid state lighting (SSL)
Yazar: ALPARSLAN ALİ BALTA
Danışman: PROF. DR. SERVET TURAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ARİFE YURDAKUL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology
Dizin: Fosfor = Phosphorus

Özet:
Katı-hal aydınlatma (SSL), geleneksel akkor ve floresan lambaların ışık yayan diyotlar (LEDs) ile yer değiştirdiği bir teknolojidir. SSL lambaların geleneksel akkor ve floresan lambalara göre temel avantajları; yüksek enerji dönüşüm verimliliği, uzun kullanım ömrü, tehlikeli maddeler içermemesi ve ultraviyole-kızılötesi radyasyon yaymamasıdır. Silikon oksinitrür, (Si2N2O-Sinoit) ortorombik kristal yapısındaki Si2N2O'nun 'c' ekseni boyunca nadir toprak (RE) element atomlarını barındırabilecek büyük yapısal ara-yer boşlukları bulunmaktadır. Bu nedenle, RE atomları ile katkılanmış Si2N2O, yüksek sıcaklıklarda kararlılığı bozulmadan yayınım gösterebilecek yeni aday bir fosfor malzemesi olarak düşünülebilir. Bu çalışamada, spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile tek faz sinoite fosfor tozlarını üretebilmek için öncelikle reaksiyon sıcaklığı, uygulanan basınç, bekleme zamanı, RE elementi cinsi ve miktarı parametrelerinin optimizasyonu sağlanmıştır. Sonrasında sentezlenecek sinoite fosfor tozlarının faz içeriği ve miktarları X-ışını kırınımı (XRD) ve Rietveld analizi ile belirlenmiştir. Numunelerin uyarılma ve yayınım dalga boylarını içeren fotolüminesans (PL) analizi ile katodolüminesans (CL) spektrometresi ve mikroyapı incelemeleri ise taramalı ve geçirimli elektron mikroskopları (SEM ve TEM) ile gerçekleştirilmiştir. Sinoit fazına molce %0.02-%0.12 aralığında değişen miktarlarda RE (Eu+2/+3, Sm+3, Yb+3, Ce+3/+4, Nd+3, Pr+3 ve Tb+3) katkılanmış ve 400-700 nm arasında farklı dalga boylarında yayınımlar sergileyen sinoit fosfor malzemesi başarıyla üretilmiştir. 

Anahtar Sözcükler: Katı hal aydınlatma (SSL), Silikon oksinitrür, Si2N2O, Sinoit, Fosfor.

Abstract:
Solid-state lighting (SSL) is a technology in which traditional incandescent and fluorescent lamps are replaced by light-emitting diodes (LEDs). The main advantages of SSL lamps compared to conventional incandescent and fluorescent lamps are high energy conversion efficiency, long service life and they are not include hazardous substances, and ultraviolet-infrared radiation. Silicon oxynitride (Si2N2O-Sinoite), the orthorhombic crystal structure of Si2N2O has large structural interstitial spaces that can accommodate rare earth (RE) element atoms along the 'c' axis. For this reason, Si2N2O doped with RE atoms can be considered as a new candidate phosphorus material which can exhibit stability without deterioration at high temperatures. In this study, in order to produce single-phase sinoite phosphor powders by spark plasma sintering (SPS) method, firstly, reaction temperature, waiting time, RE element type and quantity parameters were optimized. Phase content and percentage amounts of the synoite phosphor powders to be synthesized were determined by X-ray diffraction (XRD) and Rietveld analysis. Photoluminescence (PL) analysis, including excitation and emission wavelengths of samples, and cathodoluminescence (CL) spectrometry and microstructure examinations were performed with scanning and transmission electron microscopes (SEM and TEM). RE elements (Eu+2/+3, Sm+3, Yb+3, Ce+3/+4, Nd+3, Pr+3 and Tb+3) in varying amounts in the range of 0.02-0.12 % were doped sinoite phase and has been successfully produced different wavelengths between 400-700 nm. 

Keywords: Solid state lighting (SSL), Silicon oxynitride, Si2N2O, Sinoit, Phosphour.