目前Ce:YAG高溫閃爍晶體已經(jīng)商業(yè)化，主要用于掃描電子顯微鏡(SEM)的顯示元件，其生長方法主要有直拉法和溫度梯度法。近年來，Ce:YAG單晶薄膜[84]和Ce:YAG陶瓷[85-87]等閃爍體以其獨特的優(yōu)勢引起了人們的關(guān)注。發(fā)光是一種能量被物體吸收并轉(zhuǎn)化為光輻射(不平衡輻射)的過程，具有普遍的應(yīng)用領(lǐng)域。閃爍體作為高能粒子探測和核醫(yī)學(xué)成像，是目前發(fā)光領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。載流子也可以被晶格中的淺陷阱俘獲。這些俘獲的載流子可以被熱釋放并參與復(fù)合過程，從而增加晶體的發(fā)射持續(xù)時間。四價離子摻雜有助于提高Ce:Yap晶體的部分閃爍性能。廣東白光LED用CeYAP晶體
Ce: YAG 閃爍晶體的生長參數(shù)：根據(jù)Ir坩堝的尺寸以及熱場條件，通過觀察YAP熔體對流狀態(tài)，本論文選擇晶體轉(zhuǎn)速為10-20RPM；考慮到Ce離子在YAP晶體中的分凝系數(shù)較大（約為0.5）和晶體的尺寸（Φ55mm），實驗中選用了1-2mm/h的提拉速度。生長流程：裝爐→抽真空→充氣→升溫化料→烤晶種→下種→縮頸→生長→提拉→降溫→取出晶體進行退火。在裝爐時，為了保證爐體內(nèi)徑向溫度軸對稱分布，線圈中心、石英管中心、坩堝中心及籽晶中心應(yīng)該保持一致。甘肅CeYAP晶體現(xiàn)貨直供CeYAP晶體在中低能量粒子射線探測方面有很大的應(yīng)用前景。
剛出爐的Ce:YAP單晶由于內(nèi)部熱應(yīng)力較大，在加工過程中容易開裂，提拉法生長的晶體明顯，同時由于鈰離子的價態(tài)(Ce2、Ce3、Ce4)不同，高溫閃爍晶體中只有三價鈰離子(Ce3)作為發(fā)光中心，因此不同的退火工藝條件對高溫閃爍晶體的閃爍性能有重要影響。對于空氣退火，退火溫度為1000 ~ 1600，恒溫時間為20 ~ 30小時，1200以下升溫/降溫速率為50 ~ 100，1200時升溫/降溫速率為30 ~ 50。使用的設(shè)備是硅碳或硅鉬棒馬弗爐流動氫退火，退火溫度1200-1600，恒溫時間20-36小時，1200以下升溫/降溫速率50-100/小時，1200升溫/降溫速率30-50/小時。
品質(zhì)優(yōu)的CeYAP晶體注意事項：用提拉法生長大尺寸Ce: YAP晶體，包括改進生長設(shè)備和調(diào)整生長工藝。因為以前的生長工藝不適合生長大尺寸的Ce: YAP晶體，尤其是晶體形狀、肩部和等徑部分不能得到有效控制，影響晶體質(zhì)量。為了解決存在的問題，我們改進了晶體生長爐的功率控制系統(tǒng)和重量傳感系統(tǒng)，重新設(shè)計了坩堝和保溫罩，并對溫度場過程進行了適當?shù)奶剿?。Ce:YAG衰減快(80ns)，在530nm處發(fā)出熒光，其發(fā)射波長與硅光電二極管的探測敏感區(qū)相匹配，因此可應(yīng)用于低能射線粒子的探測等領(lǐng)域。由于過渡金屬離子d層電子能級較多，且易受晶場影響，在YAP晶體中可能存在較多吸收帶。
不同退火條件下Ce: YAP晶體自吸收的比較，為了比較不同退火條件下退火對自吸收的影響，我們測量了相同厚度(2mm)和濃度(0.3%)的Ce: YAP晶體在不同溫度和氣氛下退火后的透射光譜、熒光光譜和XEL光譜。從圖4-8可以看出，直拉法生長的Ce: YAP晶體經(jīng)氫退火后透射邊藍移，自吸收減弱。當進行氧退火時，通過邊緣紅移增強了自吸收。氫的退火溫度越高，自吸收越弱。氧的退火溫度越高，自吸收越強。然而，退火溫度的上限約為1600。如果溫度太高，晶體容易起霧，導(dǎo)致幾乎不滲透。Ce: YAP晶體的d-f躍遷為寬帶發(fā)射，峰值在365 nm。廣東雙折射CeYAP晶體參數(shù)
發(fā)現(xiàn)YAP基質(zhì)中Ce，Mn之間存在明顯的能量轉(zhuǎn)移過程。廣東白光LED用CeYAP晶體
對于摻Ce3的無機閃爍晶體，高能射線作用下的閃爍機制一般認為如下:晶體吸收高能射線后，晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱化電子空穴對。由于鈰元素的四階電離能是所有稀土元素中比較低的(如圖1-6所示)，晶體發(fā)光中心的Ce3離子首先俘獲一個空穴形成Ce4離子。然后一個電子被捕獲，變成Ce3。此時，電子和空穴被鈰離子重組。復(fù)合產(chǎn)生的能量將Ce3離子從4f基態(tài)激發(fā)到5d激發(fā)態(tài)，然后Ce3離子從5d激發(fā)態(tài)輻射弛豫到4f基態(tài)發(fā)光由于摻雜鈰離子的無機閃爍體通常具有高光輸出和快速衰減的特點。廣東白光LED用CeYAP晶體
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