Optické vlastnosti tenkých vrstiev scintilačných materiálov

Abstract

V predloženej práci sme skúmali Pr, Sc; a Eu-dopované tenké epitaxné vrstvy granátovej štruktúry Lu3Al5O12 pripravené metódou epitaxie z kvapalnej fázy (LPE) na Y3Al5O12 (YAG) a Lu3Al5O12 (LuAG) monokryštalických podložkách. Pri procese rastu boli použité tavidlá BaO - BaF2 - B203 (Pr, Sc - dopované vrstvy) a PbO - B2O3 (Eu - dopované vrstvy). Tieto materiály sú považované za perspektívne scintilátory s vysokou hustotou, rýchlou scintilačnou odozvou, vysokým kvantovým výťažkom a dobrou chemickou a mechanickou odolnosťou. Sú využívané v množstve aplikácií, ktoré vyžadujú vysoké priestorové rozlíšenie. Boli odmerané a preskúmané absorpčné, emisné a excitačné spektrá experimentálnych vzoriek. Zamerali sme sa hlavne na štúdium vlpyvu Sc3+ iónov na emisné vlastnosti Pr3+ iónov v epitaxných vrstvách, ktoré obsahovali navzájom rôzne množstvá koncentrácií dopantov. Ióny Sc3+ vo viditeľnej a blízkej UV spektrálnej oblasti nevykazujú žiarivé prechody, ale zvyšujú scintilačnú odozvu Pr3+ centier. Tento jav je spôsobený prekryvom Sc emisného pásu v okolí 275 nm s 4f - 5d absorpčným pásom Pr3+ iónov. Meraním rádioluminiscencie bol potvrdený transport energie od Sc3+ k Pr3+ aktivačným centrám.

In the present work we studied Pr, Sc co-doped and Eu-doped Lu3Al5O12 thin epitaxial garnet layers prepared by liquid phase epitaxy (LPE) on Y3Al5O12 (YAG) and Lu3Al5O12 (LuAG) single crystalline substrates. In the process of growth BaO - BaF2 - B203 (Pr, Sc co - doped layers) and PbO - B2O3 (Eu - doped layers) fluxes were used. These materials are considered perspective scintillators with high density, fast scintillation response, high quantum efficiency and good chemical and mechanical stability. They are used in a number of applications in which high spatial resolution is required. The absorption, emission and excitation spectra of experimental samples were measured and investigated. Our attention was focused especially on the study of influence of Sc3+ ions on the emission properties of Pr3+ ions in epitaxial layers which mutually contain various amounts of concentrations of dopants. The Sc3+ ions do not show any radiative transitions in visible and UV spectral regions, but they increase the scintillation response of Pr3+ ions. This phenomenon is caused by overlappig of the Sc-related emission around 275 nm with the 4f-5d absorption band of Pr3+ centers. By measurement of radioluminescence this energy transfer from Sc3+ to Pr3+ activator centres was confirmed.