[发明专利]大尺寸板状Ce3+离子掺杂的稀土正硅酸盐系列闪烁晶体水平定向凝固制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及Ce³⁺离子掺杂的稀土正硅酸盐系列闪烁晶体生长方法，具体涉及一种大尺寸板状Ce³⁺:Re₂SiO₅（Re=Lu、Y、Gd）系列单晶水平定向凝固制备方法，属于晶体生长技术领域。

背景技术

Ce³⁺离子掺杂的稀土正硅酸盐晶体Ce³⁺:Re₂SiO₅（Re=Lu、Y、Gd，分别简称为Ce³⁺:LSO、Ce³⁺:YSO、Ce³⁺:GSO），以及按不同比例形成的混晶（即：Ce³⁺:LYSO，Ce³⁺:LGSO，Ce³⁺:GYSO），是上世纪八、九十年代陆续发现的一类优质闪烁晶体，其基本性能如表1所示，表中Ce³⁺:LYSO晶体的Lu/Y不小于8:2，Ce³⁺:LGSO晶体的Lu/Gd比例不小于6:4。由于该系列闪烁晶体具有大的密度，短的衰减时间，和较高的光产额（与BGO相比），发光中心波长与光电倍增管匹配良好，不易潮解等优点，已被广泛应用于核医疗、安全监测、油井勘测、高能物理、以及核物理等诸多领域。尤其是Ce³⁺:LSO和Ce³⁺:LYSO晶体的综合性能非常突出，是近年来制造正电子发射计算机断层扫描（PET）、高分辨伽马相机，以及欧洲核子中心建造大型强子对撞机所采用的主要闪烁晶体材料。

国际上，生长Ce³⁺:Re₂SiO₅闪烁晶体普遍采用提拉法技术（如：U.S.Pat.No.6, 413,311; K.Takagi, T.Fukazawa.“Cerium-activated Gd₂SiO₅ single crystal scintillator”，Appl.Phys.Lett. 1983,42(1),43-45），晶体的品质和良率均达到工业应用标准，并已实现商品化。提拉法技术是从熔体中生长高温氧化物晶体的常用方法之一，具有生长过程可观察、生长速度快、无寄生成核等优点，而且可以根据工艺需求灵活调节生长气氛，特别是在生长Ce³⁺:LSO/ LYSO晶体时需在N₂或Ar₂气氛中加入少量O₂（~1.0%）（R.Visser, et al. “Photostimulated luminescence and thermoluminescence of LSO scintillators”. IEEE Transactions on nuclear science, 1994, (41)689-693），因为在弱氧化气氛下生长Ce³⁺:LSO/ LYSO晶体可以有效抑制氧空位的生成，从而使光产额增加。目前，法国圣戈班公司、美国CTI公司已经采用提拉法技术生长出了Φ100mm×150mm的大尺寸Ce³⁺:LSO/LYSO晶体。