[发明专利]一种快速生长掺杂Bi4Ge3O12(BGO)晶体的技术方法

说明书

技术领域

本发明专利属于人工晶体材料领域，是一种快速生长掺杂Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体的技术方法。

背景技术

锗酸铋（Bi₄Ge₃O₁₂，BGO）是一种闪烁晶体，无色透明。BGO的发光性质与它的晶体结构密切相关。BGO晶体属立方晶系，与天然矿物Bi₄Si₃O₁₂闪铋矿型结构相同。每个晶胞中有4个Bi₄Ge₃O₁₂分子。Bi³⁺由6个GeO₄四面体包围，最邻近配位于畸变的氧八面体之中。最邻近的Bi-O键长分别为0.219和0.267nm。Bi³⁺是一种次过渡族的满壳离子，具有6s²的电子构型，自由Bi³⁺和在晶格场中的Bi³⁺离子的电子能级包括基态和激发态。由于Bi³⁺在BGO中静电和自旋轨道的相互作用，基态和激发态之间的分离减小，可能的吸收跃迁是¹s₀→³p₁和¹s₀→¹p₁。Bi³⁺具有C3对称性，¹s₀—³p₀能级分离变小，这种跃迁被禁止。当Bi³⁺处于³p₁和¹p₁激发态时，由于¹p₁态通过非辐射跃迁（热平衡）迅速进入3p₁态，致使Bi³⁺的发射谱为³p₁→¹s₀。

二十世纪七十年代，科学家M.J.Weber和R.R.Monchamp把BGO作为固体激光工作物质研究它的光谱性质，发现了BGO在光和X射线辐照下，在室温下有很强的发光性质。结合着BGO具有高有效原子数（即对射线的高阻挡本领）和其他优良的物理化学性质，并且不潮解，他们预言了BGO作为新一代闪烁晶体的应用前景(所谓闪烁晶体，即在高能粒子的撞击下，能将高能粒子的动能变为光能而发出荧光的晶体)。当一定能量的电子、γ射线或重带电粒子进入BGO时，它能发出蓝绿色的荧光，记录荧光的强度和位置，就能计算出入射电子、γ射线等的能量和位置。闪烁晶体在核医学、高能物理、核技术、空间物理及石油勘探等领域具有广泛的应用。在闪烁晶体各项性能参数中，密度、光输出与响应时间等项比较重要。由于入射的是高能粒子，晶体的密度越大越好，如此需求的晶体厚度就会变小，从而易于生长。由于BGO密度大，光输出、响应时间都比较合适，故BGO成为重要的闪烁晶体。对BGO晶体进行掺杂，还可改善它的闪烁或其他性能。

BGO晶体通常采用熔体法生长，常见的有坩埚下降法等。但坩埚下降法等生长方法费时费力，而且还需要昂贵的铂金坩埚等。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用光浮区法生长掺杂Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体的技术方法，低成本、高效、快速地生长掺杂Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体，。

 

本发明的基础是：一般情况下，光浮区法的生长速度比较快，有利于缩短普通晶体的探索、研究周期并加快难以生长晶体的研究进程，被广泛用于难熔高温氧化物和金属间化合物晶体生长。光浮区法可以称为是一种新型的为新晶体探索而研制的快速晶体生长方法。由于BGO熔体粘度小，故用光浮区法生长（掺杂）BGO晶体较难。