근적외선 형광 변환 발광 다이오드(pc-LED)는 분광 분석, 생체 영상, 야간 조명 등 분야에서 중요한 응용 가치를 가지며 폭넓은 관심을 받고 있습니다. 본 연구에서는 고온 고상법을 통해 Ca₂TbHf₂Al₃O₁₂:Ce³⁺, xCr³⁺ (CTHAO:Ce³⁺, xCr³⁺) 근적외선 형광 물질 시리즈를 합성하였으며, 분말 XRD 및 구조 정밀화 기술을 통해 합성된 CTHAO:Ce³⁺, xCr³⁺가 순수한 가넷 구조임을 확인하였습니다. 해당 샘플에서 Tb³⁺는 모체 성분으로 작용하며, 도핑 이온 Ce³⁺와 함께 Cr³⁺ 이온의 감작제로 작용합니다. 세 이온 간에는 다양한 에너지 전달 효과가 존재하며, 분광 및 형광 수명 특성 분석을 통해 Ce³⁺→Tb³⁺, Ce³⁺→Cr³⁺, Tb³⁺→Cr³⁺ 에너지 전달 과정을 확인했습니다. 특히 Tb³⁺에서 Cr³⁺로의 에너지 전달 메커니즘은 쌍극자-사중극 상호작용이 주도하며, 에너지 전달 효율은 79.5%에 이릅니다. CTHAO:Ce³⁺, 0.02Cr³⁺는 100 ℃에서 근적외선 발광 세기가 초기 세기의 36%를 유지하며, 활성화 에너지는 0.30 eV로 계산되었습니다. 본 샘플은 410 nm 칩과 결합하여 소자를 제작하였고, 200 mA 구동 전류에서 근적외선 최대 출력 전력은 7.5 mW, 광전 변환 효율은 1.2%에 달합니다. 본 연구는 다중 에너지 전달을 통한 Cr³⁺ 발광 증대를 연구하였으며, Cr³⁺ 여기 고효율 근적외선 발광 소재 설계 및 개발에 지침이 됩니다.

에너지 전달;Cr³⁺;형광 변환 발광 다이오드(pc-LED);광대역 근적외선 발광