[发明专利]Ce3+掺杂铝酸镥多晶发光薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ce³⁺掺杂的Lu₃Al₅O₁₂ (LuAG)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

随着计算机技术的飞速发展，数字成像系统如X射线电子计算机断层摄影，由于快速成像的优点，开始走向舞台。XCT成像技术可以称得上是X射线成像的一次革命，这种数字式X射线成像系统在医疗、工业、安检等方面发挥着重要的作用。其中心探头所用的闪烁体主要有CsI(Tl)、BGO、CdWO4等闪烁晶体。这种数字式成像系统虽然具有方便、实时检测等优点，但是，其分辨率一般在几百个微米~1毫米数量级。

针对提高分辨率的问题，1998年Andreas Koch等提出用较重材料生长薄膜闪烁材料以改善x射线吸收能力和提高其分辨率的想法，并利用液相外延法在5um厚的Y₃Al₅O₁₂衬底上生长 E u和 Tb掺杂的 Lu₃Al₅O₁₂薄膜闪烁材料， 薄膜厚度可达1～100um，成功获得了分辨率约为2um的盲蛛膝部断层图像。因此，具有纳米级更高空间分辨率闪烁薄膜的研究备受关注。 

闪烁薄膜与发光粉制成的显示屏相比，均匀性、致密度、衬底的附着性都显示出较强的优越性， 而且闪烁薄膜对光几乎不散射，能有效提高成像分辨率。与闪烁晶体材料相比，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。尤其对于多组分的材料，用化学方法(如溶胶-凝胶法) 制备的薄膜中掺杂的离子分布可达亚微米甚至分子级水平。闪烁薄膜作为成像系统的重要组成部分，在医学和生物学等领域起着重要的作用。

Lu₃Al₅O₁₂具有立方晶体结构(立方晶系，空间群Ia3d)，密度高(6.73 g/cm³，是目前PET上所用材料Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)的94％)，熔点高（2010 ℃），机械性能好，可在长期辐射条件下保持稳定的光学和物化性能，是一种优良的闪烁基质材料。由于Ce³⁺允许的5d                                                4f跃迁，使其具有几十个纳秒的快速衰减时间，500～550 nm左右的发射波长在Si光电二极管的高敏感区域范围内，满足于闪烁体性能要求，是一种很有应用前景的闪烁材料。因此Ce³⁺掺杂铝酸镥薄膜具有光产额高，衰减时间短且余辉小，对 x射线的吸收系数大( 高密度和大的有效原子数) ，发光波长与现有探测元件匹配等优点，是一种非常具有潜力的闪烁体材料。

目前，关于铈离子掺杂铝酸镥材料的研究已经有一些报道，主要是集中在粉体、陶瓷、单晶和单晶薄膜方面的，而多晶薄膜的研究还未见报到。Lu₃Al₅O₁₂的单晶材料通常采用Czochralski法生长，该方法的制备工艺复杂苛刻，成本高，稀土离子掺杂的均匀性很难控制，而且很难生长大尺寸的单晶。2007年，Yu. Zorenko等人利用液相外延法（PLE）制备了Lu₃Al₅O₁₂: Ce (LuAG:Ce)单晶薄膜，后来在YAG衬底上用同样的方法制备出了R₃Al₅O₁₂ (R=Lu,Yb, Tb, Eu–Y)单晶薄膜，2009年，V. Gorbenko 等人利用液相外延法在YAG衬底上制备了LuAG:Pr和YAG：Pr单晶薄膜， 2010年，Jiri A. Mares和M Kucera等课题组利用液相外延法（PLE）法制备出了铈离子掺杂的LuAG薄膜，但这种方法其生长温度较高，掺杂离子分布不均及始终存在单晶薄膜与衬底晶格失配的问题等都影响薄膜的质量，使其在实际应用中受到限制，并且这种制备方法不仅成本高且工艺复杂。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。本发明的意义在于利用Pechini 溶胶-凝胶法制备出性能优良的铈离子掺杂铝酸镥的多晶薄膜。

发明内容