專利名稱：鎢酸鋅晶體的摻雜去色工藝的制作方法
鎢酸鋅晶體的摻雜去色工藝屬于鎢酸鹽系列晶體的制作工藝。
鎢酸鋅晶體是一種閃爍材料，其發(fā)光效率和能量分辯率都優(yōu)于BGO晶體，一般常用于XCT(斷層掃描)技術(shù)。但是，用恰克洛斯基方法在大氣氣氛中生長的鎢酸鋅單晶呈紅玫瑰色，會產(chǎn)生自吸收現(xiàn)象，降低發(fā)光效率，必須經(jīng)過熱處理去色工藝才能使用。
目前有退火、加電場退火和摻雜共三種熱處理去色工藝。退火去色是把鎢酸鋅晶體放在退火爐中加熱到其熔點(diǎn)1230℃附近，再在1100℃高溫下保溫一段時(shí)間以排除氧空位引起的色心以達(dá)到去色的目的。保溫時(shí)間在30～50小時(shí)內(nèi)的擴(kuò)散深度(無色區(qū)寬度)為2.7mm，當(dāng)超出50小時(shí)時(shí)，擴(kuò)散深度為5mm。因而，無法用此工藝制作出完全去色的大尺寸晶體。加電場退火去色工藝是指在上述同樣條件下在晶體的C(〔001〕)方向施加200～300伏直流電壓以形成一個(gè)直流電場以加大氧在晶體中的擴(kuò)散速度來達(dá)到完全去色的目的。與純粹的退火去色工藝相比，它提高了去色效率，當(dāng)保溫60～70小時(shí)以上時(shí)，無色區(qū)寬度可擴(kuò)大至10mm左右，但仍然無法制作出完全無色的大尺寸晶體來。至于摻雜去色工藝則是一種在鎢酸鋅材料中摻入微量雜質(zhì)元素以直接拉制出無色鎢酸鋅晶體的一種工藝方法。一般使用Sb2O3或BiO2O3或銀作為摻雜去色劑。在去色時(shí)，要先將Zno、WO3和雜質(zhì)材料研成粉末狀均勻地裝在坩堝內(nèi)，放在浮力提拉單晶爐中加熱到1230℃左右再保溫一定的時(shí)間后以便直接生長出無色晶體。其鎢酸鋅總量與摻雜物質(zhì)的重量比、提拉速度、旋轉(zhuǎn)速率和降溫速率等參數(shù)皆因雜質(zhì)而異。其詳細(xì)內(nèi)容請見GB2089777A。其共同缺點(diǎn)是無法拉出大尺寸無色晶體，我們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如摻Sb2O3的晶體只能生長小尺寸晶體，當(dāng)長度超過3Cm、重量大于300g以上時(shí)，晶體尾部就會產(chǎn)生由于組分過冷而引起的宏觀缺陷，如果加大摻雜量則呈黃色，減少摻雜量則不去色，而且重復(fù)性也很差?？赡苓@是由于Sb是變價(jià)元素高溫時(shí)為5價(jià)，低溫時(shí)為3價(jià)，當(dāng)由高溫冷卻至低溫時(shí)，就由Sb2O5變?yōu)镾b2O3，放出氧原子形成氧空位從而產(chǎn)生色芯。
為此，本發(fā)明提出了一種摻鈮的鎢酸鋅單晶去色工藝，其特征在于它選用Nb2O5為摻雜去色劑，其晶體生長條件與鎢酸鋅相同，即先把ZnO、WO3和Nb2O5研成粉末，攪拌均勻裝入坩堝內(nèi)，再放到浮力提拉單晶爐中以ZnWO4晶體為籽晶，用硅碳棒加熱到1230℃左右，在提拉速率為3～6mm/h、旋轉(zhuǎn)速率為20～30轉(zhuǎn)/分、生長結(jié)束后的降溫速率為40～60℃/h以及Nb2O5與ZnWO4的總重量比為2×10-5～1×10-4之間的條件下就能生長出基本無色的ZnWO4晶體。它具有純ZnWO4晶體的發(fā)光性能，能量分辯率在13～14%之間，也沒有組分過冷產(chǎn)生色芯或顏色不均勻的現(xiàn)象，它能生長出大尺寸單晶體，重復(fù)性也很好。
實(shí)施例例1、采用光譜純ZnO、Wo3和Nb2O5粉料。ZnWO4的總重量為300克，Nb2O5摻入量為0.009克，摻入比為3×10-5。將原料混勻后裝入坩鍋，在浮力提拉單晶爐中生長晶體。用ZnWO4晶體做籽晶，加熱溫度為1230℃，其等徑階段的提拉速度為4mm/h，收徑及護(hù)肩時(shí)各為6mm/h及3mm/h;收徑時(shí)的旋轉(zhuǎn)速率為30轉(zhuǎn)/分，護(hù)肩及等徑時(shí)為20～25轉(zhuǎn)/分;生長結(jié)束后的降溫速率為50℃/h。最終生長出φ3.5×4Cm的晶體，無色，能量分辯率為13%。
例2、采用與例1相同的原料，ZnWO4的總重量為300克，Nb2O5的摻入量為0.021克，摻入比為7×10-5。晶體生長條件與例1相同。最終生長出φ3×5Cm的晶體，無色，能量分辯率為13%。
例3、采用與例1相同的原料，ZnWO4的總重量為300克，Nb2O5摻入量為0.03克，摻入比為10-4，晶體生長條件與例1相同。最終生長出φ3.5×20Cm的晶體，能量分辯率為14%。
權(quán)利要求
1.鎢酸鋅晶體的摻雜去色工藝屬于鎢酸鹽系列晶體制作領(lǐng)域，這種工藝一般以Sb2O3、或Bi2O3或銀作摻雜去色劑，在去色時(shí)，先要把ZnO、WO3和摻雜材料研成粉末混勻后裝入坩鍋內(nèi)，裝入浮力提拉單晶爐中，以ZnWo4晶體為籽晶，加溫到1230℃左右以生長出無色鎢酸鋅晶體，其ZnWo4的總重量與摻雜材料的重量比、提拉速度、旋轉(zhuǎn)速率和降溫速率等參數(shù)是因摻雜材料而異的，本發(fā)明的特征在于，它以Nb2O5為摻雜材料，它與ZnWo4的總重量之比為2×10-5～1×10-4，其提拉速度在3～6mm/h、旋轉(zhuǎn)速率在20～30轉(zhuǎn)/分、生長結(jié)束后的降溫速率在40～60℃/h之間。
全文摘要
鎢酸鋅晶體的摻雜去色工藝屬于鎢酸鹽系列晶體制造領(lǐng)域。
文檔編號C30B15/04GK1032200SQ8810019
公開日1989年4月5日 申請日期1988年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月28日
發(fā)明者劉國慶, 周亞棟, 汪良苗, 王啟宗 申請人:北京工業(yè)大學(xué)