근적외선 형광 변환 발광 다이오드(pc-LED)의 영상 및 검출 분야에서의 빠른 발전은 근적외선 제2구역(NIR-Ⅱ)의 발광 재료에 대한 긴급한 수요를 부각시켰다. 그러나 상용 자외선 LED 칩으로 여기되는 고효율 NIR-Ⅱ 형광 재료의 부족은 근적외선 분광 기술의 적용을 제한하고 있다. 본 논문에서는 고온 고상법을 통해 MgAlₓGa₂₋ₓO₄:Ni²⁺ 형광 재료를 성공적으로 합성하였으며, 이 재료의 여기 파장은 390 nm, 발광 피크는 1300 nm에 위치하여 NIR-Ⅱ 영역을 커버한다. 반치폭 약 220 nm의 초광대역 NIR 발광은 Ni²⁺가 약한 결정장 환경에 위치해 있기 때문이며, 이러한 환경은 MgAlₓGa₂₋ₓO₄ 기지의 [(Al/Ga)O₆] 팔면체 중심 주변의 높은 전하 분극에 의한 공간 비대칭 변형에 기인한다. 시스템 내 Al³⁺와 Ga³⁺ 이온 비율을 변경함으로써 NIR-Ⅱ 구역의 발광 강도를 크게 향상시켰으며, 발광 강도는 원래 대비 약 9배 증가하였다. 최적 비율의 Ni²⁺가 도핑된 MgAl₁.₅Ga₀.₅O₄의 광학 특성을 중점적으로 연구하였다. 시스템의 온도 특성을 논의하고, Ni²⁺ 도핑 근적외선 형광체와 상업용 고효율 자외선 LED 칩(@395 nm)을 이용해 NIR pc-LED를 제작하였다. 연구 결과는 해당 물질 시스템이 pc-LED 분광 기술에서 큰 잠재력을 가질 수 있음을 시사한다. 이 양이온 조절 전략은 근적외선 발광 재료의 성능 향상에 효과적인 방법을 제공할 것이다.

형광체;Ni²⁺ 도핑;양이온 치환;NIR pc-LED