[发明专利]一种稀土离子掺杂硅酸镥多晶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土离子Re³⁺(Re=Ce, Tb)掺杂的Lu₂SiO₅ (LSO)多晶发光薄膜的制备方法，属稀土化合物发光薄膜制备工艺技术领域。

背景技术

稀土离子掺杂的硅酸镥(Lu₂SiO₅, LSO)材料是一种综合性能优良的闪烁探测材料，它具有高密度(7.4 g/cm³)、高光输出(28000 Mev)、快衰减(40 ns)、物理化学和机械性能优良，在核医学监测和安全监测方面具有良好的应用前景。现有的X射线闪烁涂层一般是由荧光粉颗粒组成，这种粉末荧光屏因受到颗粒散射的影响，成像器件的空间分辨率只能达到几十微米量级。闪烁薄膜与发光粉制成的显示屏相比，均匀性、致密度、与衬底的几乎不散射，能有效提高成像分辨率。与闪烁单晶或陶瓷材料相比，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。因此用LSO闪烁薄膜制成的探测器将有着非常广阔的潜在应用。

目前，关于稀土离子掺杂硅酸镥薄膜的制备方法较多采用脉冲激光沉积法、磁控溅射方法和液相外延法，这三种方法所使用设备昂贵及原料成本较高。法国C.Mansury等人首先使用sol-gel法制备出了掺杂Ce³⁺、Tb³⁺的LSO薄膜闪烁体，但所采用的原料（金属醇盐）成本高且需要氩气气氛。相对于其他方法，Pechini溶胶–凝胶法具有合成温度低、掺杂均匀、设备价格低等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pechini溶胶凝胶法结合旋涂工艺制备Ce³⁺或 Tb³⁺离子掺杂的硅酸镥多晶发光薄膜的制备方法。

本发明主要以氯化镥、无水乙醇、正硅酸乙酯、氧化铽和氧化铈为原料，以柠檬酸为络合剂，采用Pechini溶胶凝胶法结合旋涂工艺及煅烧工艺来制备Ce³⁺,或 Tb³⁺离子掺杂的硅酸镥多晶发光薄膜。

本发明为一种Ce³⁺ 或Tb³⁺离子掺杂的硅酸镥多晶发光薄膜的制备方法，其特征在于以下的制备过程和步骤：

（一）    溶胶的配制

（a）     将氧化铽和氧化铈溶解于浓硝酸中，加去离子水，配制成浓度分别为0.952 mol/L、 0.522 mol/L的Re(NO₃)₃溶液；备用；

（b）    称取2.5g的LuCl₃?6H₂O (99.9%)粉末加入到45ml无水乙醇-水溶液（V_C2H5OH:V_H2O=8:1）中，在100 °C温度下搅拌2小时；

（c）     按化学计量比加入0.715 ml浓度为28.4 mol/L的 TEOS溶液及2.73 g柠檬酸，在室温下搅拌2小时后得到透明的溶胶；

（d）    按照所需掺杂浓度加入适量的Ce(NO₃)₃或Tb(NO₃)₃溶液到溶胶中，搅拌约半小时后即可得所需的前躯体溶胶；待用；

（二）    衬底硅片的清洗

先用氢氟酸将硅片漂洗10 min，然后先后用丙酮、乙醇、水超声清洗20 min，最后用体积比为3:1的浓硫酸和浓磷酸混合溶液浸泡24 h，浸泡后的单晶硅片在使用前再分别用水和无水乙醇超声清洗10 min；待用；

（三）    薄膜的成型

（a）旋涂及热处理：将上述溶胶用滴管吸取3-4滴滴到衬底硅片表面，调节匀胶机转速使胶体均匀地涂敷在衬底硅片上。将被旋涂上溶胶的硅片转移至烤胶机上在110 °C下热处理5 min，再转移至低温炉在400 °C下热处理15 min；根据所需薄膜厚度，重复上述操作若干次；得前驱体薄膜；

（b）煅烧：将所述前驱体薄膜置于马弗炉中在800-1200 °C温度下煅烧并保温2小时，然后在空气中自然冷却，最终获得均匀、透明、无裂纹的稀土离子掺杂的硅酸镥薄膜（即Lu₂SiO₅:Re³⁺）。

本发明稀土离子掺杂Lu₂SiO₅多晶薄膜具有以下特点：