[发明专利]包含掺杂稀土硅酸盐的发光材料

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料，包括闪烁材料；涉及一种获得其的制造方法以及所述材料的用途，尤其在γ射线和/或X射线检测器中以及在单色发光装置(激光器)中的用途。

背景技术

掺杂稀土硅酸盐化合物因在将UV或IR激发转换成再发射光谱(上转换)时是有效发光材料而为众所周知的，如果激发态粒子数反转在掺杂结晶基体(激光发射)中发生，例如对于电光或光电或照明应用来说，那么再发射光谱是例如单色的。目标是获得具有所需光谱特征的最高可能再发射光率。

闪烁是一种属于广泛的发光领域的现象。闪烁材料被广泛用于检测γ射线、X射线、宇宙射线以及具有约为1keV或更高能量的粒子的检测器中。

这些材料可以是陶瓷或多晶粉末、薄膜或单晶纤维，但最常见的是单晶，其可以用来制造检测器，其中由检测器中所用的晶体发射的光被光检测构件收集，所述光检测构件产生与所接收的光子数目成比例的电信号。这些检测器尤其用于测量涂层重量或厚度的行业中，并且用于核医药、物理学、化学以及石油勘探的领域中。

已知并使用的闪烁晶体的一个系列是稀土硅酸盐系列，尤其掺杂铈的硅酸镥。这些稀土硅酸盐可以包括掺杂铈的Lu₂SiO₅ Ce_2x(Lu_1-yY_y)_2(1-x)SiO₅和Lu_2(1-x)M_2xSi₂O₇组成，其中M至少部分是铈。这些不同的闪烁组成全部共同具有对高能射线的高阻止本领。

理想地，闪烁材料具有高强度光输出、低余辉、快衰减时间以及低热致发光。实际上，对这些特性之一的改善可能会发生对另一变量的损害。举例来说，提高光输出强度可能会发生更多余辉或较长衰减时间。研究和发展工作旨在改善闪烁材料的特性。

余辉特性可能更根本地通过热致发光来显示(参见S.W.S.麦基弗，“固体的热致发光”，剑桥大学出版社(1985)(S.W.S.McKeever，“Thermoluminescence of Solids”，Cambridge University Press(1985)))。这种表征在于在照射之后热激发样本并且测量光发射。在接近于室温300K处的光峰对应于较大或较小量值的余辉，这取决于其强度(去捕陷)。在较高温度处的峰对应于较深光阱的存在，并且因此在室温下不易受到热激发。

热释光法测量可以使用如以下所描述的设备来进行。使用银漆将厚度为约1mm并且面积为10mm×10mm的样品粘结到铜样品载体上，所述载体连接到如由詹尼斯研究公司(Janis Research Company)出售的低温恒温器的冷却头末端。低温恒温器本身使用氦气压缩机冷却。在每一次测量之前，在650K下加热晶体几分钟。在低温(一般是10K)下通过X射线源(例如在50kV和20mA下操作的Philips^TM钼X射线管)或通过UV灯当场激发样品，持续一定时间。激发光束穿过低温恒温器中的铍窗口并且以45°角到达样品，所述低温恒温器先前已经使用Adixen Drytel泵组抽吸减压到约10^-5毫巴。湖岸(LakeShore)340温度控制器允许样品以恒定速率加热。通过冷却到-65℃并且配备有Acton SpectraPro 1250i单色器和衍射光栅的CCD(电荷耦合装置)相机经光纤收集来自样品的发光，用于信号的光谱分辨。在样品被激发的同一侧上并且相对于其表面成45°角收集所发射的光。记录在10K与650K之间对于恒定样品加热速率的热致发光曲线。

由于黑体辐射(“黑体辐射”是将物质加热到白炽状态时由所述物质自发发射的光)，因此不可能在更高温度下测量。将每一个曲线关于产物质量标准化。

诸位发明者已发现，造成余辉的电子缺陷与闪烁材料中存在氧空位有关。已注意到，与钙或镁共掺杂的样品含有较少的氧空位并且其在150nm与350nm之间强烈地吸收。已致力于寻找这种吸收带的起因，并且发现其来源于Ge⁴⁺离子。意外地发现了如此多的Ce⁴⁺，尤其在余辉改善的组成中，因为所属领域的技术人员一般考虑到这种离子的存在是不利的，这是由于其不会闪烁并且由于其使材料褪色。

发明内容