[发明专利]一种高质量Cs3

说明书

本申请涉及晶体生长技术领域，具体公开了一种高质量Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;单晶的生长方法。针对现有技术生长Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;晶体时因熔体成分偏差及不均匀、原料易潮解等导致晶体质量差的问题，本发明提出采用摇摆炉合成和真空加热干燥技术控制晶体的化学计量比和消除杂质，制备出原料化合充分、成分均匀的高纯Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;多晶料，进而生长出高质量Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;单晶。本发明步骤如下：首先将经过真空加热干燥技术处理后的CsI和CuI原料密封在石英坩埚中，然后装入摇摆炉升至原料熔点之上，按设定的摇摆参数进行摇摆混匀和化合反应，获得成分均匀的Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;多晶锭，将多晶锭放入单晶生长炉内，设定生长控制参数进行单晶生长，最终生长出了高质量的Cssubgt;3/subgt;Cusubgt;2/subgt;Isubgt;5/subgt;单晶。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种高质量Cs₃Cu₂I₅单晶的生长方法。

背景技术

绿色环保的无铅钙钛矿Cs₃Cu₂I₅晶体因其优异的光学性能，如高发光强度、大斯托克斯位移、高的光产额和能量分辨率，使其在蓝光LED、紫外探测和高能射线(X、γ射线)探测领域具有广阔的应用潜力和价值。

近年来，Cs₃Cu₂I₅晶体制备主要有固相合成法、溶液法和熔体法三种。专利CN202010612386.7《一种具有高光产额的锰掺杂Cs₃Cu₂I₅卤化物闪烁体》公布了采用固相合成法制备锰掺杂Cs₃Cu₂I₅的一种方法，具体为将CsI、CuI及二价锰的化合物充分研磨，之后在340～450℃煅烧6～48h，得到淡黄色Cs₃Cu₂I₅：Mn²⁺粉末并进行真空干燥；专利CN202010830536.1《一种零维Cs₃Cu₂I₅钙钛矿闪烁晶体及其应用》公布了采用溶液法制备Cs₃Cu₂I₅晶体的一种方法，具体为将CsI与CuI加至N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，在25～60℃条件下搅拌得到过饱和前驱体溶液，将其过滤后于27～80℃条件下进行晶体生长得到Cs₃Cu₂I₅晶体。固相合成法由于合成温度低于晶体熔点，通过原子扩散实现原料之间的化合反应，导致获得的Cs₃Cu₂I₅仅为微晶粉末。溶液法可以生长出Cs₃Cu₂I₅单晶，但通常溶质原料在溶剂中溶解度很低，极大限制了大尺寸Cs₃Cu₂I₅单晶的生长。目前熔体法(Bridgman法)是生长高质量大尺寸Cs₃Cu₂I₅晶体最有前景的方法，虽然其弥补了固相反应缓慢和晶体尺寸限制问题，但由于熔体对流方式复杂且难以控制，很难获得成分均匀的熔体，导致生长的晶体存在较多缺陷，如包裹相、偏离化学计量比、杂质富集等，限制了高质量光学品质的Cs₃Cu₂I₅单晶生长。专利CN201910724860.2《一种提高单晶结晶质量的方法》提出在晶体生长之前，通过增加自上而下逐渐升高的温度梯度促进熔融态单晶原料成分的对流，增加熔体的均匀性及结晶过冷度，从而提高生长溴铅铯(CsPbBr₃)单晶结晶质量。但此方法受限于晶体生长炉的温度参数，而且温度控制熔体对流是受多种因素耦合的结果，从而导致晶体成分分布的可重复性较差，很难达到充分混匀。另一方面，由于CsI原料易潮解，导致原料纯度降低，进而影响晶体生长的质量，要生长出高质量的光学晶体，不得不考虑消除其影响，但目前并没有公开文献报道相关解决办法。