1 1.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
Gd3(Al,Ga)5O12:Ce (GAGG:Ce)闪烁体综合性能优异, 应用前景广阔。为加快GAGG的发光衰减速度, 本研究通过提拉法生长了Mg共掺的Gd3(Al,Ga)5O12:Ce单晶。测试结果显示, 随着Mg2+掺杂浓度增加, 晶体的闪烁衰减速度加快, 光输出降低。传统解释认为, Mg2+通过电荷补偿作用将部分Ce3+转换成Ce4+, 后者的发光速度更快。本研究尝试从缺陷的形成与抑制的角度来讨论Mg改善GAGG:Ce晶体闪烁性能的作用机理。由于Ce的离子半径比Gd大, Ce离子掺入将导致发光中心CeGd附近的晶格发生畸变。畸变结果为近邻的八面体格位空间变大, 反位缺陷将更容易在这些变大的八面体格位形成。最终每个发光中心CeGd被四个反位缺陷GdAl包裹, 后者捕获载流子, 延缓从基体到发光中心的能量传递, 导致发光速度变慢。由于Mg的离子半径介于Gd和Al之间, MgAl将更容易在上述畸变的八面体格位形成, 这会抑制反位缺陷GdAl在发光中心CeGd附近形成(或富集), 最终降低(甚至消除)反位缺陷对发光中心的不良影响。XEL测试结果显示, 随着Mg掺杂量增大, 与反位缺陷相关的发射峰强度变弱, 这可以证明Mg对反位缺陷有抑制作用。
闪烁体 GAGG:Ce 反位缺陷 衰减时间 scintillator GAGG:Ce antisite defect decay time
1 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
4 南京航空航天大学 航天学院, 江苏 南京 210016
5 中国科学院 海西创新研究院, 福建 福州 350002
共掺杂离子是优化晶体闪烁性能的重要手段之一, 本文采用提拉法生长了GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,0.1%Mg晶体。通过测试硬度、透过率、X射线激发发射(XEL)谱和符合时间分辨率等方法研究了微量MgO掺杂对GAGG∶Ce光学及闪烁性能的影响。 GAGG∶Ce和GAGG∶Ce,Mg的维氏硬度平均值分别为1 430 kg/mm2和1 420.4 kg/mm2, 表明Mg2+的掺杂几乎没有对GAGG∶Ce的硬度产生影响。 XEL谱结果表明, 共掺杂Mg2+后GAGG∶Ce晶体的发光峰值波长约为540 nm, 但5d1→2F5/2及5d1→2F7/2发射峰红移了12~24 nm, Mg2+的引入可能改变了 Ce3+ 的5d1 激发态向2F5/2 和2F7/2 跃迁几率分布。通过共掺杂Mg2+, 发现尽管光产额由5.8×108 lx/MeV(58 000 ph/MeV)降低为4.15×108 lx/MeV(41 500 ph/MeV), 但GAGG∶Ce,Mg符合时间分辨率得到了显著改善, 达146 ps。此外, 比较不同尺寸样品的光产额, 发现GAGG∶Ce,Mg对闪烁发光的自吸收程度小于GAGG∶Ce。 以上结果表明, 微量MgO掺杂是优化GAGG∶Ce晶体闪烁性能的有效途径。
镓铝酸钆石榴石 共掺杂 光产额 时间分辨率 闪烁性能 gallium aluminum gadolinium garnet co-doping light yield time resolution scintillation property
