硅酸镥晶体生长与闪烁性能研究

来源 :中国科学院上海硅酸盐研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyuerlga
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本文采用提拉法生长了Ce离子掺杂的硅酸镥闪烁晶体(LSO:Ce),研究了硅酸镥晶体的生长工艺、生长缺陷及影响晶体生长的因素,测试了所生长的硅酸镥晶体的闪烁性能,并与国外硅酸镥晶体进行比较,分析讨论了影响闪烁性能的一些因素。另外利用无发光稀土离子(Y、La、Sc和Gd)共掺杂硅酸镥晶体,并研究了稀土离子共掺杂对晶体生长和闪烁性能的影响。   通过系统性地对硅酸镥晶体的宏观与显微缺陷的观察研究,发现有开裂、解理、回熔现象、铱金附着物、固相包裹物、位错等缺陷,主要是开裂和固相包裹物影响晶体的质量和性能。开裂有规则开裂、无规则开裂和多晶碎裂三种形式,热应力是导致晶体开裂的主要因素,规则开裂为(110)解理开裂,与晶体结构密切相关,调节温度场和降温程序可以防止晶体开裂。固相包裹物有两种,分别是氧化镥( Lu2O3)和铱金(Ir)。氧化镥包裹物的产生,与原料转化不彻底和SiO2的挥发相关,而铱金是由于坩埚材料氧化挥发而产生的。铱金碎片、二氧化硅(SiO2)的挥发和原料配料是硅酸镥晶体生长中的最重要的影响因素。   通过对所生长的各种酸酸镥晶体样品闪烁性能的测试,并与文献和国外晶体实测结果比较,可知我所生长的硅酸镥晶体总体性能优良,某些指标仍有待于提高。透过率普遍~84%,不过在紫外区域吸收较大;紫外激发和发射光谱、X射线激发发射光谱(XEL)、热释光曲线与文献报道基本一致;光输出和能量分辨率与文献报道接近,大尺寸的样品测试结果略低于目前国外优质晶体的测量值;衰减时间与文献报道相近,积分法为~40ns,而单光子计数方法测试结果~30ns;温度效应比文献报道更强。   在研究测试硅酸镥各项闪烁性能的过程中,发现了一些影响其闪烁性能的因素。Ce离子浓度是影响硅酸镥晶体光输出波动的重要因素,实际生长的晶体因铈离子浓度的不同其光输出的测试结果因此不同,Ce离子浓度过高未必利于光输出的提高;硅酸镥晶体在光照后有很长的余辉,在富氧的空气氛中可以减弱余辉时间;发现了部分硅酸镥晶体存在一种新的辐照损伤现象, Y射线辐照后会在430nm附近产生一个强烈的吸收谷,热释光谱上表现为490K和546K热释光峰的强度异常升高,而通过空气氛中退火可以消除辐照损伤所产生的吸收,目前认为这种辐照损伤可能是由于晶体中存在的杂质引起的氧空位导致的。   通过无发光稀土离子共掺杂生长硅酸镥晶体研究可知,Y离子掺杂的LYSO晶体易于生长,闪烁性能略好于LSO,是代替LSO闪烁晶体的最佳选择;La离子共掺杂可以适当提高Ce离子在硅酸镥晶体中的分凝系数,但浓度不宜过高,否则对晶体生长不利;Sc共掺杂不利于晶体生长;La离子共掺杂的硅酸镥晶体光输出和能量分辨率均很好。
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