一种具有热释光性能的氧化镓晶体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种晶体材料及其制备方法，尤其是设及一种具有热释光性能的氧化 嫁晶体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 热释光(Thermoluminescence，简称化)是指材料在吸收福射能之后的热致发光。 20世纪50年代，美国威斯康星大学的化niels首次提出热释光可W作为福射剂量测定的一 种方法，并将LiF的热释光特性用于原子弹试验场福射剂量的监测和放射性同位素治疗癌 症病人的照身才剂量测定（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.)。目前热释光剂量学材料主要有渗杂的氣化裡系列化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)和氧化侣系列（a-Al2〇3: C，a-Al2〇3: Cr和a-Al2〇3: Si，Ti)。然 而运些材料都存在各自的不足，例如氣化裡系列的主要缺点是材料主要W粉末形式存在， 不便于加工和退火;硫酸巧系列的主发光峰溫度偏低，热释光信号衰退严重;氣化巧系列的 热释光性能不稳定且光致衰退十分严重；棚酸裡系列的热释光灵敏度不高。目前Q-Ab化:C 晶体在福射剂量学领域获得了重要应用并已商品化，特别是应用于人体和环境的核福射剂 量监测，快速中子和高能重荷粒子探测等。但烙体法生长O-Ab化:C晶体，烙点高达205(TC， 碳在高溫生长环境下挥发，不易通过烙体进入Q-Ab化晶格，导致Q-Ah化:C晶体的碳渗杂量 难W控制、碳分布极不均匀，大大影响了探测器的一致性、增加了标定的难度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有热释光性 能的氧化嫁晶体及其制备方法。
[0004] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0005] -种具有热释光性能的氧化嫁晶体，包括氧化嫁和渗入在氧化嫁中的Ge4+。
[0006] 所述的Ge4+在氧化嫁晶体中的渗杂浓度为0.1~IOmol%。
[0007] 所述的Ge4+由氧化错提供。
[000引具有热释光性能的氧化嫁晶体的制备方法，该制备方法为导模法，具体包括W下 步骤：
[0009] (1)将氧化嫁与提供Ge4+的原料混合均匀，成型，烧结，得到多晶陶瓷原料；
[0010] (2)将多晶陶瓷原料放入生长炉内的相蜗中，巧晶放入巧晶夹具内，生长方向平行 于（100)解理面；
[0011] (3)将生长炉抽低真空至炉压< IOPa后，充入Ar气，加热后恒溫，再充入C〇2气体，继 续升溫，使多晶陶瓷原料完全烙化并沿模具狭缝上升至模具顶端，恒溫；
[0012] (4)将巧晶浸入模具上端烙体，待巧晶与烙体充分烙接后，依次进行引晶缩颈、放 肩、等径生长的晶体生长过程；
[0013] (5)晶体生长结束后，脱模、退火冷却，即得到目的产物。
[0014] 步骤(1)中烧结的工艺条件为:空气气氛下，1400~1500°C恒溫12~1她。
[0015] 步骤(2)中所述的相蜗为银金相蜗，所述的巧晶为P-Gas化单晶巧晶，所述的巧晶夹 具为银金巧晶夹具。
[0016] 步骤(3)中：充入Ar气后，加热升溫至1380~1420°C并恒溫0.5~0.化；
[0017] 充入的Ar气与CO巧体的体积比为4~6:1，充入CO巧体，继续升溫至1800~1900 °C，并满足最后生长炉内的炉压为1.2~化ar。
[0018] 步骤(4)中：巧晶浸入模具上端烙体前，先继续升溫10-20°C并恒溫10~30min;
[0019] 晶体放肩阶段:提拉速率由3.5mm/h逐渐增加至6-8mm/h;
[0020] 等径生长阶段:提拉速率为6-8mm/h。
[0021] 脱模操作为:在晶体生长结束后，升溫80~120W(本发明是采用感应加热的方式控 制升溫)并增加提拉速率至15mm/h，直至晶体完全脱离模具；
[0022] 退火冷却的操作为：晶体脱模后，先恒溫0.5~1.化进行原位退火，再在15~20h内 冷却至室溫。
[0023] 本发明的氧化嫁晶体We-Ga2〇3单晶为基质，渗入Ge4+离子。Ge4+(〇;.B A)离子半径 与Ga3+( 0.62 A )离子半径相近并且化合价高于Ga]+离子，通过渗入高价态Ge*+离子取代Ga]+ 离子，在晶体中产生大量的氧空位缺陷，提高了 e-Ga2化晶体中的r或F色屯、浓度，从而提高 电子在复合中屯、处与空穴复合释放光子的几率，使晶体具有热释光性能。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有W下优点：
[002引（1)热释光性能稳定：与纯P-Ga203晶体相比，本发明的0-Ga203:Ge晶体具有热释光 性能，并且热释光性能稳定，主发射波长位于光电倍增管的最佳波长响应范围，可W有效提 高热释光信号的捕捉效率。
[0026] (2)晶体生长溫度较低、渗杂离子浓度可控：与a-Al2化：C晶体相比，本发明的0-Ga2〇3:Ge晶体生长溫度较低、Ge 4+离子容易进入氧化嫁晶格中，从而使得渗杂浓度可控，在 福射剂量学领域具有潜在的应用前景。
[0027] (3)采用Ar和C〇2混合气氛并结合分不同阶段充入Ar气和C〇2气体，有效抑制了生长 过程中氧化嫁晶体的分解挥发，同时避免了相蜗、模具和巧晶杆被氧化，而晶体的原位退火 工艺降低了晶体解理开裂的几率，从而提高了晶体的利用率。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例1获得的氧化嫁晶体的热释光谱；
[0029] 图2为本发明实施例1获得的氧化嫁晶体的X射线巧光光谱。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031] 本发明中氧化嫁晶体的制备方法中若无特别说明，即表示与常规的导模法制备氧 化嫁晶体的工艺步骤相同或相似。
[0032] 实施例1
[0033] W高纯0-Ga2〇3(99.999% )粉体和渗杂量0.2mol %高纯Ge〇2(99.99% )粉体作为原 料，将所有原料在行星球磨机上9虹/min转速混合研磨2地，取出后等静压成型，空气氛1450 °C下烧结15h，制成多晶陶瓷原料。将多晶陶瓷原料置入导模法银金相蜗内，0-Ga2化单晶放 入银金巧晶夹具内，晶体生长方向平行于（100)解理面。抽真空至炉内5Pa后充Ar气，持续升 溫至1400°C，恒溫0.化，再充入C〇2气体，继续升溫至1850°C直至原料完全融化并沿模具狭 缝上升至模具顶端，恒溫化，保证最后炉内气体配比Ar:0)2 = 5:l，炉压为1.化ar。然后缓慢 升高l〇°C，恒溫20min后将巧晶浸入模具上端烙体，30min后巧晶与烙体充分烙接，进行高溫 引晶缩颈操作。放肩阶段提拉速度由3.5mm/h逐渐增加至6mm/h，等径阶段提拉速率为6mm/ h;晶体生长结束后，升溫IOOW并增加提拉速率至15mm/h，直至晶体完全脱离模具，恒溫比进 行原位退火，在1化内冷却至室溫，获得e-Ga2化:(?片状单晶。将生长得到的晶体沿（100)方 向切割成5 XSXlmm的片状样品，对样品进行了热释光和X射线巧光光谱测试，测试结果分 另Ij如图巧日图2所示。与纯0-Ga2〇3晶体相比，0-Ga2〇3:Ge晶体经IOGy剂量X射线福照后具有很 强的热释光效应，存在36服和424K两个明显的热释光发光峰;主发射波长为390nm，位于光 电倍增管的最佳波长响应范围，有望在热释光领域获得应用。
[0034] 实施例2
[0035] W高纯0-Ga2〇3(99.999%)粉体和渗杂量2mol%高纯Ge〇2(99.99%)粉体作为原 料，将所有原料在行星球磨机上9虹/min转速混合研磨2地，取出后等静压成型，空气氛1450 °C下烧结15h，制成多晶陶瓷原料。将多晶陶瓷原料置入导模法银金相蜗内，0-Ga2化单晶放 入银金巧晶夹具内，晶体生长方向平行于（100)解理面。抽真空至炉内5Pa后充Ar气，持续升 溫至1400°C，恒溫0.化，再充入C〇2气体，继续升溫至1850°C直至原料完全融化并沿模具狭 缝上升至模具顶端，恒溫化，保证最后炉内气体配比Ar:0)2 = 5:l，炉压为1.4bar。然后缓慢 升高20°C，恒溫20min后将