[發明專利]Ce摻雜釓鋁鎵石榴石結構閃爍晶體提高發光均勻性、降低余暉的方法及晶體材料和探測器

有效

• 申請號: 202011065989.6
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112281215B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 丁雨憧;屈菁菁;王強;王璐
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C30B15/04;G01T1/202
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發明公開了一種Ce摻雜釓鋁鎵石榴石結構閃爍晶體提高發光均勻性、降低余暉的方法及晶體材料和探測器，在晶體材料中摻入Sc離子，使Sc離子至少占據八面體格位，依靠Sc?Ce離子的半徑補償效應和對晶胞參數的調整，增加激活離子Ce離子的有效分凝系數，從而提升晶體發光均勻性，優化能量分辨率；同時增加Gd離子進入八面體格位的勢壘，減少Gd離子進入八面體格位的幾率，減少晶體點缺陷密度，降低余暉強度。Ce摻雜釓鋁鎵石榴石結構閃爍晶體，通式為{Gd_1?x?y?pSc_xCe_yMe_p}₃[Al_1?qGa_q]₅O₁₂，0＜x≤0.1，0＜y≤0.02，0≤p≤0.02，0.4≤q≤0.7。本發明優化了晶體的發光均勻性、能量分辨率和余暉特性。

技術領域

本發明涉及閃爍晶體，具體涉及一種Ce摻雜釓鋁鎵石榴石結構閃爍晶體提高發光均勻性、降低余暉的方法及晶體材料和探測器，屬于晶體材料技術領域。

背景技術

閃爍晶體是把X射線、γ射線、α粒子、β射線、中子以及其它帶電離子轉換成紫外或可見光光子的材料，在正電子發射斷層成像(PET)、單光子發射計算機斷層成像(SPECT)、X射線計算機斷層成像(X-CT)等醫學影像設備，以及石油測井、工業無損檢測、安檢和核素識別中被廣泛應用。在以上應用中，通常要求閃爍晶體具有高的密度、大的有效原子序數、快的衰減時間和良好的物化性能，尤其對于PET、SPECT、石油測井和核素識別應用中還要求閃爍晶體有良好的能量分辨率，在X-CT、工業無損檢測和安檢應用中還要求閃爍晶體應具有低的余暉。

近年來，已經報道了Ce離子摻雜的釓鋁鎵石榴石結構閃爍晶體(簡稱Ce:GAGG或Ce:GGAG)，如K.Kamada等人在Cryst.Growth Des.2011.11(10)4484–4490上的文獻“Composition Engineering in Cerium-Doped(Lu,Gd)₃(Ga,Al)₅O₁₂ Single-CrystalScintillators”)所公開的，由Gd、Al、Ga三種陽離子和O原子作為主體元素所構成的一種新型石榴石結構閃爍晶體，其中Gd原子主要占據12面體格位，Ga和Al原子主要占據8面體和4面體格位，特別是可以通過調節Ga和Al比例來優化能帶結構，使晶體的光輸出達到42000光子/MeV以上，衰減時間控制在100ns以內。隨后，又有美國專利US2015/0353822公布了在上述石榴石結構閃爍晶體的基礎上通過共摻B、Ca、Ba等二價或三價陽離子來進一步優化閃爍性能，例如：通過B摻雜可以將光輸出提升到60000光子/eV，通過Ca摻雜可以將衰減時間縮短至50ns；以及由M.T.Lucchini等人在Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearchA 816(2016)176–183上的文獻”Effect of Mg²⁺ions co-doping on timingperformance and radiation tolerance ofCerium doped Gd₃Al₂Ga₃O₁₂ crystals”所公開的，由Mg/Ce共摻可以將晶體的余暉降低到～0.1％@100ms。