一種具有熱釋光性能的氧化鎵晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種晶體材料及其制備方法，尤其是設(shè)及一種具有熱釋光性能的氧化 嫁晶體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱釋光(Thermoluminescence，簡(jiǎn)稱(chēng)化)是指材料在吸收福射能之后的熱致發(fā)光。 20世紀(jì)50年代，美國(guó)威斯康星大學(xué)的化niels首次提出熱釋光可W作為福射劑量測(cè)定的一 種方法，并將LiF的熱釋光特性用于原子彈試驗(yàn)場(chǎng)福射劑量的監(jiān)測(cè)和放射性同位素治療癌 癥病人的照身才劑量測(cè)定（F.Daniels ,Thermoluminescence dosimetry seminar on the effects of ionizing r曰di曰tions,Ev曰ns sign曰I corps engineering I曰bor曰tories, Belmar，N.J. ,1953.)。目前熱釋光劑量學(xué)材料主要有滲雜的氣化裡系列化iF:Mg，Ti和LiF: Mg，Cu，P)、硫酸巧系列（CaS〇4: Mn和CaS〇4: Dy)、氣化巧系列（CaF2: Mn和CaF2: Dy)、棚酸裡系 列化i2B4〇7 :Mn和Li2B4〇7:Cu，Ag)和氧化侶系列（a-Al2〇3: C，a-Al2〇3: Cr和a-Al2〇3: Si，Ti)。然 而運(yùn)些材料都存在各自的不足，例如氣化裡系列的主要缺點(diǎn)是材料主要W粉末形式存在， 不便于加工和退火;硫酸巧系列的主發(fā)光峰溫度偏低，熱釋光信號(hào)衰退嚴(yán)重;氣化巧系列的 熱釋光性能不穩(wěn)定且光致衰退十分嚴(yán)重；棚酸裡系列的熱釋光靈敏度不高。目前Q-Ab化:C 晶體在福射劑量學(xué)領(lǐng)域獲得了重要應(yīng)用并已商品化，特別是應(yīng)用于人體和環(huán)境的核福射劑 量監(jiān)測(cè)，快速中子和高能重荷粒子探測(cè)等。但烙體法生長(zhǎng)O-Ab化:C晶體，烙點(diǎn)高達(dá)205(TC， 碳在高溫生長(zhǎng)環(huán)境下?lián)]發(fā)，不易通過(guò)烙體進(jìn)入Q-Ab化晶格，導(dǎo)致Q-Ah化:C晶體的碳滲雜量 難W控制、碳分布極不均勻，大大影響了探測(cè)器的一致性、增加了標(biāo)定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有熱釋光性 能的氧化嫁晶體及其制備方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可W通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種具有熱釋光性能的氧化嫁晶體，包括氧化嫁和滲入在氧化嫁中的Ge4+。
[0006] 所述的Ge4+在氧化嫁晶體中的滲雜濃度為0.1~IOmol%。
[0007] 所述的Ge4+由氧化錯(cuò)提供。
[000引具有熱釋光性能的氧化嫁晶體的制備方法，該制備方法為導(dǎo)模法，具體包括W下 步驟：
[0009] (1)將氧化嫁與提供Ge4+的原料混合均勻，成型，燒結(jié)，得到多晶陶瓷原料；
[0010] (2)將多晶陶瓷原料放入生長(zhǎng)爐內(nèi)的相蝸中，巧晶放入巧晶夾具內(nèi)，生長(zhǎng)方向平行 于（100)解理面；
[0011] (3)將生長(zhǎng)爐抽低真空至爐壓< IOPa后，充入Ar氣，加熱后恒溫，再充入C〇2氣體，繼 續(xù)升溫，使多晶陶瓷原料完全烙化并沿模具狹縫上升至模具頂端，恒溫；
[0012] (4)將巧晶浸入模具上端烙體，待巧晶與烙體充分烙接后，依次進(jìn)行引晶縮頸、放 肩、等徑生長(zhǎng)的晶體生長(zhǎng)過(guò)程；
[0013] (5)晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，脫模、退火冷卻，即得到目的產(chǎn)物。
[0014] 步驟(1)中燒結(jié)的工藝條件為:空氣氣氛下，1400~1500°C恒溫12~1她。
[0015] 步驟(2)中所述的相蝸為銀金相蝸，所述的巧晶為P-Gas化單晶巧晶，所述的巧晶夾 具為銀金巧晶夾具。
[0016] 步驟(3)中：充入Ar氣后，加熱升溫至1380~1420°C并恒溫0.5~0.化；
[0017] 充入的Ar氣與CO巧體的體積比為4~6:1，充入CO巧體，繼續(xù)升溫至1800~1900 °C，并滿(mǎn)足最后生長(zhǎng)爐內(nèi)的爐壓為1.2~化ar。
[0018] 步驟(4)中：巧晶浸入模具上端烙體前，先繼續(xù)升溫10-20°C并恒溫10~30min;
[0019] 晶體放肩階段:提拉速率由3.5mm/h逐漸增加至6-8mm/h;
[0020] 等徑生長(zhǎng)階段:提拉速率為6-8mm/h。
[0021] 脫模操作為:在晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，升溫80~120W(本發(fā)明是采用感應(yīng)加熱的方式控 制升溫)并增加提拉速率至15mm/h，直至晶體完全脫離模具；
[0022] 退火冷卻的操作為：晶體脫模后，先恒溫0.5~1.化進(jìn)行原位退火，再在15~20h內(nèi) 冷卻至室溫。
[0023] 本發(fā)明的氧化嫁晶體We-Ga2〇3單晶為基質(zhì)，滲入Ge4+離子。Ge4+(〇;.B A)離子半徑 與Ga3+( 0.62 A )離子半徑相近并且化合價(jià)高于Ga]+離子，通過(guò)滲入高價(jià)態(tài)Ge*+離子取代Ga]+ 離子，在晶體中產(chǎn)生大量的氧空位缺陷，提高了 e-Ga2化晶體中的r或F色屯、濃度，從而提高 電子在復(fù)合中屯、處與空穴復(fù)合釋放光子的幾率，使晶體具有熱釋光性能。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[002引（1)熱釋光性能穩(wěn)定：與純P-Ga203晶體相比，本發(fā)明的0-Ga203:Ge晶體具有熱釋光 性能，并且熱釋光性能穩(wěn)定，主發(fā)射波長(zhǎng)位于光電倍增管的最佳波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，可W有效提 高熱釋光信號(hào)的捕捉效率。
[0026] (2)晶體生長(zhǎng)溫度較低、滲雜離子濃度可控：與a-Al2化：C晶體相比，本發(fā)明的0-Ga2〇3:Ge晶體生長(zhǎng)溫度較低、Ge 4+離子容易進(jìn)入氧化嫁晶格中，從而使得滲雜濃度可控，在 福射劑量學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
[0027] (3)采用Ar和C〇2混合氣氛并結(jié)合分不同階段充入Ar氣和C〇2氣體，有效抑制了生長(zhǎng) 過(guò)程中氧化嫁晶體的分解揮發(fā)，同時(shí)避免了相蝸、模具和巧晶桿被氧化，而晶體的原位退火 工藝降低了晶體解理開(kāi)裂的幾率，從而提高了晶體的利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的氧化嫁晶體的熱釋光譜；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的氧化嫁晶體的X射線巧光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明中氧化嫁晶體的制備方法中若無(wú)特別說(shuō)明，即表示與常規(guī)的導(dǎo)模法制備氧 化嫁晶體的工藝步驟相同或相似。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] W高純0-Ga2〇3(99.999% )粉體和滲雜量0.2mol %高純Ge〇2(99.99% )粉體作為原 料，將所有原料在行星球磨機(jī)上9虹/min轉(zhuǎn)速混合研磨2地，取出后等靜壓成型，空氣氛1450 °C下燒結(jié)15h，制成多晶陶瓷原料。將多晶陶瓷原料置入導(dǎo)模法銀金相蝸內(nèi)，0-Ga2化單晶放 入銀金巧晶夾具內(nèi)，晶體生長(zhǎng)方向平行于（100)解理面。抽真空至爐內(nèi)5Pa后充Ar氣，持續(xù)升 溫至1400°C，恒溫0.化，再充入C〇2氣體，繼續(xù)升溫至1850°C直至原料完全融化并沿模具狹 縫上升至模具頂端，恒溫化，保證最后爐內(nèi)氣體配比Ar:0)2 = 5:l，爐壓為1.化ar。然后緩慢 升高l〇°C，恒溫20min后將巧晶浸入模具上端烙體，30min后巧晶與烙體充分烙接，進(jìn)行高溫 引晶縮頸操作。放肩階段提拉速度由3.5mm/h逐漸增加至6mm/h，等徑階段提拉速率為6mm/ h;晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，升溫IOOW并增加提拉速率至15mm/h，直至晶體完全脫離模具，恒溫比進(jìn) 行原位退火，在1化內(nèi)冷卻至室溫，獲得e-Ga2化:(?片狀單晶。將生長(zhǎng)得到的晶體沿（100)方 向切割成5 XSXlmm的片狀樣品，對(duì)樣品進(jìn)行了熱釋光和X射線巧光光譜測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分 另Ij如圖巧日?qǐng)D2所示。與純0-Ga2〇3晶體相比，0-Ga2〇3:Ge晶體經(jīng)IOGy劑量X射線福照后具有很 強(qiáng)的熱釋光效應(yīng)，存在36服和424K兩個(gè)明顯的熱釋光發(fā)光峰;主發(fā)射波長(zhǎng)為390nm，位于光 電倍增管的最佳波長(zhǎng)響應(yīng)范圍，有望在熱釋光領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] W高純0-Ga2〇3(99.999%)粉體和滲雜量2mol%高純Ge〇2(99.99%)粉體作為原 料，將所有原料在行星球磨機(jī)上9虹/min轉(zhuǎn)速混合研磨2地，取出后等靜壓成型，空氣氛1450 °C下燒結(jié)15h，制成多晶陶瓷原料。將多晶陶瓷原料置入導(dǎo)模法銀金相蝸內(nèi)，0-Ga2化單晶放 入銀金巧晶夾具內(nèi)，晶體生長(zhǎng)方向平行于（100)解理面。抽真空至爐內(nèi)5Pa后充Ar氣，持續(xù)升 溫至1400°C，恒溫0.化，再充入C〇2氣體，繼續(xù)升溫至1850°C直至原料完全融化并沿模具狹 縫上升至模具頂端，恒溫化，保證最后爐內(nèi)氣體配比Ar:0)2 = 5:l，爐壓為1.4bar。然后緩慢 升高20°C，恒溫20min后將