[發明專利]大尺寸CuI晶體的生長方法

無效

• 申請號: 200710171815.6
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101255599A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 顧牡;高攀;劉小林;黃世明;劉波;張甜
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B7/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于晶體生長技術領域，具體涉及一種大尺寸CuI晶體的生長方法。

背景技術

隨著高能物理、核物理和核技術應用的快速發展，通常的無機閃爍晶體難以滿足超高計數率測量中的需要，為此近年來各國正在積極開展新型超快閃爍體的研究。寬禁帶半導體材料碘化亞銅(CuI)晶體在室溫下具有極快的閃爍特性，其發光衰減時間僅為90ps，且沒有慢成份，是人們目前所知的最快的無機閃爍晶體之一，因而作為新一代超快閃爍體，在超高計數率X-射線、γ射線和電子束測量等方面都有著重要的應用價值。CuI晶體的光產額是BaF₂晶體快成份發光強度的四分之一，但其時間響應要快6-7倍，其中在t≤0.1ns時間內發出的光子數占總光子數的一半以上。盡管CuI晶體的光產額比CsI(Tl)晶體的低兩個量級，但在t≤0.1ns時間內發出的光子數卻比CsI(Tl)晶體的高40倍。正是因為CuI晶體的超快閃爍特性，引起了人們極大關注，但晶體生長困難是制約其應用的瓶頸。目前國內外已將多種晶體生長方法應用于CuI晶體的生長，晶體尺寸也都在毫米量級。例如，T.Goto等人在Jpn.J.Phys.Soc.，1968，Vol.24，P314上發表的文章指出，采用升華法得到尺寸達9mm³的晶體，且晶體的缺陷較多。溶膠—凝膠晶體生長技術通常有離子反應和絡合—解絡兩種方法。I.Nakada等人在Jpn.J.Appl.Phys.，1976，Vol.15，P919上發表的文章是采用離子反應法，得到了體積為5×5×1mm³的CuI晶體。A.F.Armington和J.J.O’Connor在J.Crystal?Growth，1968，Vol.3/4，P367及Mater.Res.Bull.，1971，Vol.6，P765上發表了兩篇有關絡合—解絡法生長CuI晶體的文章，所生長出的晶體雖然純度較高，但晶體尺寸只有5mm且形貌不佳，。顧牡等人在公開號為CN?1609285A的專利和J.Crystal?Growth，2006，Vol.292，P74上發表的文章中指出，結合絡合—解絡法的濃度控制能得到規則四面體CuI晶體，但尺寸只有2mm左右，難以得到實際運用。

溶液法是晶體生長中的一種常用技術。在生長過程中，晶體是由溶液降溫或溶劑蒸發析晶而生成。因此該方法具有設備簡單，生長過程溫度低、容易調控，生長速度穩定等特點，所生長的晶體純度高、應力小、缺陷少、形貌規則、尺寸大等優點。迄今為止，國內外還未見在溶液法生長CuI晶體中采用溶液降溫和溶劑蒸發結合的有關報道。本發明首次采用溶液降溫和溶劑蒸發相結合的方法，生長出純度高、應力小、缺陷少、形貌呈長方體、尺寸達厘米量級的透明CuI晶體。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大尺寸CuI晶體的生長方法。

本發明提出的大尺寸CuI晶體的生長方法，具體步驟為：

(1)在20～65℃溫度下將碘化亞銅粉末溶解于乙腈溶劑中，攪拌4～10分鐘，待粉末不再溶解為止，即得到飽和液；每100g乙腈中碘化亞銅加入量為：2.894wt％～7.703wt％；

(2)將飽和液過濾，得到過濾液；

(3)取步驟(2)所得過濾液倒入生長容器中，封口；接著將生長容器置于-15～15℃的恒溫環境下進行降溫，靜置1～5天，即得到厘米量級的長方體晶體作為籽晶；

(4)重復步驟(1)和(2)，將過濾液加入到溶液降溫裝置的培養缸中，將上部生長區溶液溫度設定為溶液飽和溫度之上2-5℃，并在該溫度下保持24～48小時，然后放入步驟(3)得到的籽晶，進行降溫生長，降溫速度為1-10℃/天；CuI晶體的生長溫度為-15-65℃；待晶體長至所需尺寸時，以2-20℃/天的降溫速率降溫，即得到本發明所需產品。

本發明中，步驟(1)中所述原料乙腈純度在99.0％以上，碘化亞銅純度在99.5％以上。

本發明中，步驟(3)中所述封口采用2-5層保鮮膜封口，用保鮮膜封瓶口是為了讓乙腈能緩慢揮發。

本發明中，步驟(1)、(2)和(3)中所用的容器采用玻璃容器，均需用氫氧化鈉溶液清洗以保證絕對干凈，從而抑制過量成核。

本發明中，步驟(4)中所述生長容器包括溶液降溫生長或其它同類生長裝置。