廣東白光LED用CeYAP晶體

目前Ce:YAG高溫閃爍晶體已經(jīng)商業(yè)化，主要用于掃描電子顯微鏡(SEM)的顯示元件，其生長(zhǎng)方法主要有直拉法和溫度梯度法。近年來(lái)，Ce:YAG單晶薄膜[84]和Ce:YAG陶瓷[85-87]等閃爍體以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)引起了人們的關(guān)注。發(fā)光是一種能量被物體吸收并轉(zhuǎn)化為光輻射(不平衡輻射)的過(guò)程，具有普遍的應(yīng)用領(lǐng)域。閃爍體作為高能粒子探測(cè)和核醫(yī)學(xué)成像，是目前發(fā)光領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。載流子也可以被晶格中的淺陷阱俘獲。這些俘獲的載流子可以被熱釋放并參與復(fù)合過(guò)程，從而增加晶體的發(fā)射持續(xù)時(shí)間。四價(jià)離子摻雜有助于提高Ce:Yap晶體的部分閃爍性能。廣東白光LED用CeYAP晶體

Ce: YAG 閃爍晶體的生長(zhǎng)參數(shù)：根據(jù)Ir坩堝的尺寸以及熱場(chǎng)條件，通過(guò)觀察YAP熔體對(duì)流狀態(tài)，本論文選擇晶體轉(zhuǎn)速為10-20RPM；考慮到Ce離子在YAP晶體中的分凝系數(shù)較大（約為0.5）和晶體的尺寸（Φ55mm），實(shí)驗(yàn)中選用了1-2mm/h的提拉速度。生長(zhǎng)流程：裝爐→抽真空→充氣→升溫化料→烤晶種→下種→縮頸→生長(zhǎng)→提拉→降溫→取出晶體進(jìn)行退火。在裝爐時(shí)，為了保證爐體內(nèi)徑向溫度軸對(duì)稱分布，線圈中心、石英管中心、坩堝中心及籽晶中心應(yīng)該保持一致。甘肅CeYAP晶體現(xiàn)貨直供CeYAP晶體在中低能量粒子射線探測(cè)方面有很大的應(yīng)用前景。

剛出爐的Ce:YAP單晶由于內(nèi)部熱應(yīng)力較大，在加工過(guò)程中容易開(kāi)裂，提拉法生長(zhǎng)的晶體明顯，同時(shí)由于鈰離子的價(jià)態(tài)(Ce2、Ce3、Ce4)不同，高溫閃爍晶體中只有三價(jià)鈰離子(Ce3)作為發(fā)光中心，因此不同的退火工藝條件對(duì)高溫閃爍晶體的閃爍性能有重要影響。對(duì)于空氣退火，退火溫度為1000 ~ 1600，恒溫時(shí)間為20 ~ 30小時(shí)，1200以下升溫/降溫速率為50 ~ 100，1200時(shí)升溫/降溫速率為30 ~ 50。使用的設(shè)備是硅碳或硅鉬棒馬弗爐流動(dòng)氫退火，退火溫度1200-1600，恒溫時(shí)間20-36小時(shí)，1200以下升溫/降溫速率50-100/小時(shí)，1200升溫/降溫速率30-50/小時(shí)。

品質(zhì)優(yōu)的CeYAP晶體注意事項(xiàng)：用提拉法生長(zhǎng)大尺寸Ce: YAP晶體，包括改進(jìn)生長(zhǎng)設(shè)備和調(diào)整生長(zhǎng)工藝。因?yàn)橐郧暗纳L(zhǎng)工藝不適合生長(zhǎng)大尺寸的Ce: YAP晶體，尤其是晶體形狀、肩部和等徑部分不能得到有效控制，影響晶體質(zhì)量。為了解決存在的問(wèn)題，我們改進(jìn)了晶體生長(zhǎng)爐的功率控制系統(tǒng)和重量傳感系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)了坩堝和保溫罩，并對(duì)溫度場(chǎng)過(guò)程進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶剿?。Ce:YAG衰減快(80ns)，在530nm處發(fā)出熒光，其發(fā)射波長(zhǎng)與硅光電二極管的探測(cè)敏感區(qū)相匹配，因此可應(yīng)用于低能射線粒子的探測(cè)等領(lǐng)域。由于過(guò)渡金屬離子d層電子能級(jí)較多，且易受晶場(chǎng)影響，在YAP晶體中可能存在較多吸收帶。

不同退火條件下Ce: YAP晶體自吸收的比較，為了比較不同退火條件下退火對(duì)自吸收的影響，我們測(cè)量了相同厚度(2mm)和濃度(0.3%)的Ce: YAP晶體在不同溫度和氣氛下退火后的透射光譜、熒光光譜和XEL光譜。從圖4-8可以看出，直拉法生長(zhǎng)的Ce: YAP晶體經(jīng)氫退火后透射邊藍(lán)移，自吸收減弱。當(dāng)進(jìn)行氧退火時(shí)，通過(guò)邊緣紅移增強(qiáng)了自吸收。氫的退火溫度越高，自吸收越弱。氧的退火溫度越高，自吸收越強(qiáng)。然而，退火溫度的上限約為1600。如果溫度太高，晶體容易起霧，導(dǎo)致幾乎不滲透。Ce: YAP晶體的d-f躍遷為寬帶發(fā)射，峰值在365 nm。廣東雙折射CeYAP晶體參數(shù)

發(fā)現(xiàn)YAP基質(zhì)中Ce，Mn之間存在明顯的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。廣東白光LED用CeYAP晶體

對(duì)于摻Ce3的無(wú)機(jī)閃爍晶體，高能射線作用下的閃爍機(jī)制一般認(rèn)為如下:晶體吸收高能射線后，晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱化電子空穴對(duì)。由于鈰元素的四階電離能是所有稀土元素中比較低的(如圖1-6所示)，晶體發(fā)光中心的Ce3離子首先俘獲一個(gè)空穴形成Ce4離子。然后一個(gè)電子被捕獲，變成Ce3。此時(shí)，電子和空穴被鈰離子重組。復(fù)合產(chǎn)生的能量將Ce3離子從4f基態(tài)激發(fā)到5d激發(fā)態(tài)，然后Ce3離子從5d激發(fā)態(tài)輻射弛豫到4f基態(tài)發(fā)光由于摻雜鈰離子的無(wú)機(jī)閃爍體通常具有高光輸出和快速衰減的特點(diǎn)。廣東白光LED用CeYAP晶體

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