Preparation and optical properties of scintillation oxide layers

Abstract

V této práci jsme se zaměřili na zkoumání vlastností scintilačních vrstev granátů (RxLu3-xAl5O12, RxY3-xAl5O12) dotovaných ionty vzácných zemin (Ce, Pr, Tb) a ortosilikátů (RxY2-xSiO5; R = Ce, Tb) připravených metodou kapalné epitaxe, vlivem kodotace ionty Sc na emisi Pr3+ a Tb3+ iontů v granátech a vlivem iontů Zr na Ce3+ emisi v ortosilikátech. Oba systémy scintilačních materiálů se vyznačují vysokou kvantovou účinností a dobrou chemickou i mechanickou odolností. Jsou ideálními materiály pro stínítka v 2D zobrazovacích zařízeních. Konkrétně jsme studovali optické (absorpční, excitační a emisní spektra), scintilační (radioluminescence, světelné výtěžky) a strukturní vlastnosti. Cílem bylo prozkoumat tyto vlastnosti připravených vrstev a porovnat je s vlastnostmi monokrystalů připravených Czochralského metodou. Snahou bylo určení vlivu složení taveniny a technologických parametrů. Dále pak také stanovení optimálního množství dopantů ve vrstvě. Byla použita tavidla PbO - B2O3 a BaO - BaF2 - B2O3. Tavidla umožňují růst granátových vrstev s nízkým obsahem intrinsických defektů krystalové mříže. Pěstované vrstvy o tloušťce 1 až 30 µm dosahují vyšších koncentrací dopantů oproti monokrystalům.

In this work we studied properties of garnet scintillator layers (RxLu3-xAl5O12, RxY3-xAl5O12) doped by rare earth ions (Ce, Pr, Tb), orthosilicates (Y2SiO5; R = Ce, Tb) and influence of Sc codoping on Pr3+ and Tb3+ emissions. The Zr codoping on Ce3+ emission in orthosilicates was also studied. The samples were prepared by liquid phase epitaxy. The studied materials show high quantum efficiency and good chemical and mechanical stability. They represent ideal materials for 2D imaging devices. We studied optical absorption, excitation and emission spectra and scintillation properties (radiolunescence and photoelectron yield). The aim was to determine the properties of grown layers and their comparison to Czochralski grown single crystals. We looked for the impact of melt and growth conditions on measured layer properties. We also tried to determine optimal amount of dopants in layer. We used PbO - B2O3 and BaO - BaF2 - B2O3 fluxes. Using these fluxes, we succeeded in growing layers with less intrinsic defects in crystal lattice in comparison to single crystals. In grown layers of thickness from 1 to 30 µm higher dopant concentration was achieved than in single crystals.