[发明专利]稀土离子掺杂镥铝石榴石发光薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种稀土离子掺杂镥铝石榴石发光薄膜的制备方法，属无机发光薄膜材料制备工艺技术领域。该发光薄膜可应用于医学成像等领域。

技术背景

Lu₃Al₅O₁₂具有立方晶体结构(立方晶系，空间群Ia3d)，密度高(6.73 g/cm³，是目前PET上所用材料Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)的94％)，熔点高（2010 ℃），机械性能好，可在长期辐射条件下保持稳定的光学和物化性能，是一种优良的闪烁基质材料。目前，Lu₃Al₅O₁₂的单晶材料通常采用Czochralski法生长，该方法的制备工艺复杂苛刻，成本高，稀土离子掺杂的均匀性很难控制，而且很难生长大尺寸的单晶。对于多晶Lu₃Al₅O₁₂闪烁材料，现在主要报导为Lu₃Al₅O₁₂粉体和陶瓷的研究，而在Lu₃Al₅O₁₂闪烁薄膜方面的研究还比较少，到现在为止，只有游宝贵等在Rare earth,2006:P746上发表了一篇用Pechini溶胶－凝胶法结合浸涂技术制取得到具有良好发光性能的Lu₃Al₅O₁₂:Tb薄膜。由于制备薄膜闪烁体所要求的设备较为简单，可以大面积生长，便于加工，尤其对于多组分的材料，薄膜中掺杂的离子分布可达亚微米甚至分子级水平，这样可以根据器件要求来提高稀土离子的掺杂量。闪烁薄膜对光几乎不散射，能有效提高成像分辩率。随着薄膜材料制备方法的不断进步和创新，薄膜闪烁材料越来越显现出其独特的优点。因此，研究能够广泛应用于医学成像等领域中的高性能闪烁薄膜材料成为当前重要的研究方向之一。

现有发光薄膜的制备方法包括液相外延法、喷雾热解法、溅射法、电化学沉积法和电子束蒸发法等。这些方法除了存在其独特的优点之外，都存在设备昂贵、工艺较复杂等局限性。如Y.Zorenko等在Nucl Instr Meth A,2002,486:P310上发表了一篇利用液相外延法制备了以YAG为衬底、Ce离子掺杂的Lu₃Al₅O₁₂单晶薄膜。但其生长温度较高，掺杂离子分布不均及始终存在单晶薄膜与衬底晶格失配的问题等都影响薄膜的质量，使其在实际应用中受到限制。

溶胶－凝胶法是一种制取薄膜的常用方法，其制备工艺简单，设备要求低，可使材料的均匀性达到亚微米级、纳米级甚至分子级水平。通过适当的溶胶－凝胶工艺控制合理的组分原子比和使掺杂离子均匀分布。通过调整工艺参数，可以有效控制晶粒的形貌和大小，将晶粒的大小控制在几十至几百纳米的范围，减少了晶粒对可见光的散射，从而提高了光产额。通过改变薄膜中掺杂离子的淬灭浓度和多种离子的共掺杂，后者将有助于提高光产额，调制衰减时间和发光峰位，从而与CCD的有效探测范围更加匹配，提高CCD的探测效率。

溶胶－凝胶法制取薄膜一般用金属醇盐作为反应原料。然而金属醇盐在醇中溶解度比较低，易与水发生剧烈反应而产生沉淀。因此用金属醇盐为原料的溶胶－凝胶法制取薄膜需要苛刻的溶胶制备和薄膜沉积条件。另外一种可选择的方法为Pechini溶胶－凝胶法，它是用无机盐作为前驱反应物，柠檬酸作为络合剂，聚乙二醇作为交联剂。You Baogui等人在J Rare earth,2006:P746上发表了一篇用Pechini溶胶－凝胶法结合浸涂技术制取得到具有良好发光性能的Lu₃Al₅O₁₂:Tb薄膜的文献。在这些少量的Lu₃Al₅O₁₂薄膜制备文献中，还没有利用Pechini溶胶－凝胶法结合旋涂工艺制备Lu₃Al₅O₁₂:Re(Re=Tb,Eu等）发光薄膜，并对薄膜进行显微结构分析的报导。

发明内容

本发明的目的是提供了一种稀土离子掺杂镥铝石榴石发光薄膜的制备方法。

本发明一种稀土离子掺杂镥铝石榴石发光薄膜，其特征在于具有下述的化学分子式：