[发明专利]一种稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机化合物晶体及制造技术领域，特别是涉及一种稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶的生长方法。

背景技术

硼酸镥(化学式为LuBO₃)晶体是新近发现的一种闪烁晶体，它具有物理化学性能好，透光范围宽，因而其特别适合于做Ce离子掺杂性能优异闪烁晶体的基质。早在1995年的闪烁体国际会议(Scint’95)上，美国LBNL的科学家MJ.Weber[MJ.Weber，S.E.Derenzo，C.DuJardin，et al.Dense Ce³⁺-activated scintillator materials，Proceedings of Scint’95，pp.325-328，(Edited by P.Dorenbos and C.W.E.vanEijk)Delft，The Netherlands，1996]通过对一系列高密度Ce³⁺掺杂粉体材料闪烁性能的研究后指出LuBO₃:Ce是一种有前途的新型高性能闪烁材料。之后美国科学家William Moses[W.W.Moses，et al.Recent results in a search for inorganicscintillators for X-and gamma ray detection，in：Proceedings of Scint’97，1997，p.358]、法国里昂第一大学L.Zhang[L.Zhang，C.Pedrini，C.Madej，et al.Fast fluorescence and scintillationproperties of cerium and praseodymium doped lutetium orthoborates.Radiation Effects andDefects in Solids，150，(1999)47-52]等人都通过粉体实验进一步证实了其优越的闪烁性能。但到目前为止一直没有LuBO₃:Ce单晶体性能的相关报道，而只有LuBO₃:Ce粉体材料性能的报道，且其粉体的性能与其它闪烁晶体相比依然具有明显有优势，而粉体中由于存在大量的晶界、宏观或微观缺陷，因而一般而言其性能会比同组分的单晶体材料差。以往的实践和理论研究结果都使我们有理由推测，如果能将LuBO₃:Ce制备成高质量的单晶将更有研究价值，但其晶体制备非常困难而阻碍了该晶体的研究和发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶，以克服现有技术的不足。

本发明的另一目的是提供一种生长稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶的浮区法生长方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶，其特征在于，该单晶的化学式为(Lu_1-xSc_x)_1-yM_yBO₃，其中：0.1≤x≤0.7，0＜y≤0.1，M选自Ce、Pr、Eu、Tb或Yb中的一种或多种。

上述化学式(Lu_1-xSc_x)_1-yM_yBO₃中，右下标字母及数字均代表相应化学元素间的摩尔比例关系。

优选的，0.3≤x≤0.5，0.003＜y≤0.01。

一种上述稀土掺杂硼酸镥钪闪烁单晶的浮区法生长方法，包括以下步骤：

1)配料：以Lu₂O₃、Sc₂O₃、B₂O₃以及元素M的氧化物为原料，将所述原料按照晶体组成比例配料后充分混合制得混合料，其中B₂O₃过量5-7wt％；

2)烧结：将步骤1)中得到的混合料用等静压压成料棒，然后于900～1300℃进行烧结，烧结时间为5～100小时，制得多晶棒；

3)晶体生长：将多晶棒和籽晶安装在浮区炉中，密封并通入保护气体，然后升温至多晶棒和籽晶融化，升温同时多晶棒和籽晶分别同向或反向转动，转速为10～30rpm，保温10～15分钟，接种；然后经缩颈，放肩，等径生长及收尾进行晶体生长，在生长过程中，生长速度为3～20mm/h，浮区长度为料棒直径的0.5～2倍；