专利名称：一种生长氟氯化铅晶体的方法及该方法所得晶体的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生长氟氯化铅晶体的方法及该方法所得晶体的应用，具体说，是涉及一种利用非真空坩埚下降技术生长氟氯化铅晶体的方法及该方法所制得的氟氯化铅晶体在辐射探测系统中 的应用，属于晶体材料技术领域。
背景技术：
氟氯化铅(PbFCl)晶体于1973年首次由J. Schoonman和G. J. Dirksen通过水平区熔法制得小片。氟氯化铅晶体具有以下优点1)具有高密度(7. llg/cm3) ；2)具有很短的衰减时间(2. 89ns与23. 42ns) ；3)具有稳定的化学性质，不潮解；4)氟氯化铅晶体的紫外吸收边波长很短(270nm)。2005年，陈建明还报道了氟氯化铅晶体在室温下具有闪烁性能。氟氯化铅晶体具有组分易挥发、原料易氧化等缺点，使得单晶难于制备。原有技术中一般使用水平浮区法或坩埚下降法生长氟氯化铅晶体，使用这两种方法生长晶体时易出现组分挥发与氧化，导致单晶难于获得，即使是获得小块单晶，晶体质量也很差。另外，由于氟氯化铅晶体很难制得，因此，至今还未见到该晶体应用的相关报道。
发明内容
本发明针对上述现有技术所存在的缺陷和问题，要解决的技术问题是提供一种生长氟氯化铅晶体的方法及该方法所得晶体的应用。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种生长氟氯化铅晶体的方法，是非真空坩埚下降法，包括如下具体步骤a)将PbF2、PbCl2和脱氧剂按比例混合均匀，其中=PbF2与PbCl2的摩尔比为(O. 8 I. 2) I ;脱氧剂的质量是PbF2与PbCl2总质量的3% ；b)将上述混合均匀后的物料装填在坩埚内，然后密封坩埚；c)将密封的坩埚放入晶体生长炉内，然后升温使原料融化；d)采用非真空坩埚下降法生长晶体，晶体生长温度为650 800°C，晶体生长速率为O. I 2mm/h,下降的温度梯度为10 70°C /cm。 所述PbF2和PbCl2的原料纯度均推荐为99. 99 %。所述脱氧剂是具有强还原作用的活性物质，推荐为碳化硅粉末、碳酸氢铵、亚硫酸铵、亚硫酸氨、硫化铅中的任意一种或几种的混合。所述坩埚为贵金属坩埚，推荐为钼、铱、钌和铑坩埚中的任意一种，坩埚的形状推荐为毛细状或锥形状底部的异型坩埚，坩埚的口内直径、高度及厚度可由本领域技术人员根据所需生长的晶体尺寸来确定。所述晶体生长炉为双温区晶体生长炉，包括套管、保温材料、加热体、隔热板、热电偶和下降机构。所述非真空是指中性气氛下。由于用本发明所述方法生长出的晶体具有尺寸较大、质量高等优点，当该晶体受到高能射线激发时，会同时发射切伦科夫光与闪烁光，因此，由该方法所制得的氟氯化铅晶体可用于切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统的探测材料，形成的切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统的结构是氟氯化铅晶体设在两个相对放置的光电转换器件之间，并通过设在光电转换器件上的滤波片相连接，两个相对放置的光电转换器件均与计算机相连接，所述氟氯化铅晶体与滤波片之间通过硅油耦合相连接。
所述光电转换器件推荐为光电倍增管或雪崩光电二极管。本发明通过坩埚密封，可保证坩埚在加热时坩埚内气压上升，以有效抑制原料组分挥发，同时还可以保证挥发的组分不会从坩埚内逸出。本发明中的PbF2与PbCl2配比采用非化学计量比，可以保证组分挥发后，熔体内的比例接近化学计量比。本发明通过添加脱氧剂，可使坩埚内的氧气与之反应，在坩埚内形成中性气氛，充分避免原料氧化对生长晶体的影响。进一步，本发明采用毛细状或者锥形状底部的异型坩埚，可保证晶体在生长时进行充分的成核淘汰过程，进一步有利于晶体的单晶化。因此，与现有技术相比，本发明通过在原料中添加脱氧剂、采用密闭的坩埚和组分配比的控制，充分解决了生长过程中的组分挥发与氧化问题，解决了氟氯化铅晶体不易制得的难题，获得了大尺寸、高质量的氟氯化铅单晶，为双读出辐射探测系统提供了一种理想的探测材料，不仅对氟氯化铅单晶的研究具有重要意义，也对辐射探测系统的研究具有重要价值。
图I为本发明方法中所述的晶体生长炉的结构示意图，图中1、套管；2、坩埚；3、加热体；4、保温材料；5、隔热板；6、热电偶；7、下降机构。图2为实施例I中所用坩埚的剖面结构示意图。图3为实施例2中所用坩埚的剖面结构示意图。图4为氟氯化铅晶体与钨酸铅晶体的X射线激发发射谱对比图。图5为本发明所述的双读出辐射探测系统的结构示意图，图中a、氟氯化铅晶体；b、光电转换器件；c、滤波片；d、计算机；e、高能射线。具体实施方法下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明，但并不限制本发明的内容。实施例I按照摩尔比为PbF2 PbCl2 = 49. 5 50. 5 称量 PbF2(纯度为 99. 99% )46. 36g、PbCl2 (纯度为99. 99 % ) 53. 64g，加入脱氧剂(碳化硅粉末)3g，混合均匀后装填在尖底坩埚(其剖面结构示意图如图2所示)中，密封坩埚；将密封的坩埚放入晶体生长炉(其结构示意图如图I所示)内，然后升温使原料融化；采用非真空坩埚下降法生长晶体，晶体生长温度为650°C，晶体生长速率为I. 5mm/h，下降的温度梯度为60°C /cm ;经过72小时的生长，可获得10X10X4mm3左右的氟氯化铅单晶，该晶体的闪烁发光性能如图4所示。实施例2按照摩尔比为PbF2 PbCl2 = 50. 5 49. 5，称量 PbF2 (纯度为 99. 99% ) 47. 35g、PbCl2 (纯度为99. 99 % ) 52. 65g，加入脱氧剂(碳化硅粉末I. 5g、碳酸氢铵I. 5g) 3g，混合均匀后装填在毛细底坩埚(其剖面结构示意图如图3所示)中，密封坩埚；将密封的坩埚放入晶体生长炉(其结构示意图如图I所示)内，然后升温使原料融化；采用非真空坩埚下降法生长晶体，晶体生长温度为680°c，晶体生长速率为I. 5mm/h，下降的温度梯度为15°C /cm ；经过72小时的生长，可获得直径15_，长度20_左右的氟氯化铅单晶，该晶体的闪烁发光性能如图4所示。实施例3如图5所示制作切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统将氟氯化铅晶体设在两个相对放置的光电转换器件之间，并通过设在光电转换器件上的滤波片相连接，两个相对放置的光电转换器件均与计算机相连接，所述氟氯化铅晶体与滤波片之间通过硅油耦合相连接。当所述氟氯化铅晶体受到高能射线激发时，该晶体会同时发射切伦科夫光与闪烁光，通过使用加有滤波片的光电转换器件进行电信号的输出，该系统即可通过对切伦科夫 光与闪烁光的双读出实现高能射线的探测。所述光电转换器件推荐为光电倍增管或雪崩光电二极管。
权利要求
1.一种生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于，是非真空坩埚下降法，包括如下具体步骤 a)将PbF2'PbCl2和脱氧剂按比例混合均匀，其中=PbF2与PbCl2的摩尔比为(0. 8 1.2) I ;脱氧剂的质量是PbF2与PbCl2总质量的3% ； b)将上述混合均匀后的物料装填在坩埚内，然后密封坩埚； c)将密封的坩埚放入晶体生长炉内，然后升温使原料融化； d)采用非真空坩埚下降法生长晶体，晶体生长温度为650 800°C，晶体生长速率为0.I 2mm/h,下降的温度梯度为10 70°C /cm。
2.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于=PbF2和PbCl2的原料纯度均为99. 99%。
3.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于所述脱氧剂选自碳化硅粉末、碳酸氢铵、亚硫酸铵、亚硫酸氨、硫化铅中的任意一种或几种的混合。
4.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于所述坩埚为钼、铱、钌和错i甘祸中的任意一种。
5.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于所述坩埚的形状为毛细状或锥形状底部的异型坩埚。
6.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于所述晶体生长炉为双温区晶体生长炉，包括套管、保温材料、加热体、隔热板、热电偶和下降机构。
7.根据权利要求I所述的生长氟氯化铅晶体的方法，其特征在于所述非真空是指中性气氛下。
8.—种权利要求I至7中任一项所述方法所得到的氟氯化铅晶体的应用，其特征在于用于切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统的探测材料。
9.根据权利要求8所述的氟氯化铅晶体的应用，其特征在于氟氯化铅晶体设在两个相对放置的光电转换器件之间，并通过设在光电转换器件上的滤波片与之相连接，两个相对放置的光电转换器件均与计算机相连接，所述氟氯化铅晶体与滤波片之间通过硅油耦合相连接，从而形成切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统。
10.根据权利要求9所述的氟氯化铅晶体的应用，其特征在于所述光电转换器件为光电倍增管或雪崩光电二极管。
全文摘要
本发明公开了一种生长氟氯化铅晶体的方法，是非真空坩埚下降法，通过在原料中添加脱氧剂、采用密闭的坩埚和组分配比的控制，充分解决了生长过程中的组分挥发与氧化问题，解决了氟氯化铅晶体不易制得的难题，获得了大尺寸、高质量的氟氯化铅单晶，所制得的晶体可应用于辐射探测系统，形成的切伦科夫光与闪烁光双读出辐射探测系统的结构是氟氯化铅晶体设在两个相对放置的光电转换器件之间，并通过设在光电转换器件上的滤波片与之相连接，两个相对放置的光电转换器件均与计算机相连接，所述氟氯化铅晶体与滤波片之间通过硅油耦合相连接。本发明不仅对氟氯化铅单晶的研究具有重要意义，也对辐射探测系统的研究具有重要价值。
文档编号H01L31/107GK102650076SQ20111004728
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者任国浩, 李焕英, 杨帆, 沈定中, 陈晓峰 申请人:上海硅酸盐研究所中试基地, 中国科学院上海硅酸盐研究所