一种掺铊碘化铯闪烁体及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种掺铊碘化铯闪烁体及其应用，属于闪烁材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 掺铊碘化铯（CsI:Tl)闪烁体是一类具有优异性能的非潮解卤化物，它的光输出 为Nal:II的85%，合适的发射波长（550nm)能有效地与硅光二极管耦合，从而简化探测器读 出系统，再加上其价格便宜等优点，使得该材料在核医学成像和安全检查等领域有广泛应 用。
[0003] 与掺铊碘化铯块体材料相比，薄膜材料不需要通过切割、抛光、添加反射层等后处 理工艺所带来的额外成本和性能的不稳定，因而可直接用于器件集成，拥有天然的优势。 因为通过合适的制备工艺可使薄膜中的CsI(Tl)微晶垂直于衬底平面定向生长成微柱状 结构，这种微结构的形成能使得光线在柱状晶粒晶界之间不断反射而沿定向传播，同时可 有效抑制光线的横向传播，从而提高X射线成像器件的空间分辨率。由于薄膜材料相比 于块体材料的性能和成本优势，国内外许多研究单位和公司都投身于制备掺铊碘化铯的 微柱状薄膜的队伍中，目前尺寸最大的掺I它碘化铯薄膜是由美国RadiaTlonMonitoring Devices(简称RMD)公司制备得到，其尺寸可达47X47cm2。近些年来，单晶光纤材料(一般 直径在3毫米以内）随着微下拉晶体生长工艺的成熟也越来越引起人们的重视。因为通过 微下拉法能快速生长(每分钟毫米级）不同形状的光纤单晶，只需通过与反射层的合理布局 组合后就能直接切割出所需阵列。但目前关于掺铊碘化铯的光纤并未见报道。
[0004] 无论哪种形态的Csi:n闪烁材料，其长余辉的特性一直没有从根本上得到抑制， 仍然制约着这类材料在高分辨成像上的应用。因此如何有效抑制余辉是csi:n材料研究 的关键技术。根据目前的认知，csi:n的余辉产生的过程是：束缚在ti°的电子被热电离 后，与束缚空穴的[(Tl+)Vk]中心捕获形成（T1+)*激发态，然后产生辐射复合发光(整个过 程耗时大于100毫秒)。在这个过程中对余辉的长短起决定性作用的有以下几个因素：vk心 的数量，T1+离子的浓度以及禁带中陷阱的数量。目前对于抑制Csi:n余辉主要采用共掺 杂，掺杂离子主要有Sm2+，Eu2+，Bi3+。通过以上离子的共掺杂确实发现能有效抑制余辉性能， 但是在掺杂后其光产额有明显的降低，这一副作用大大损害了碘化铯晶体的性能优势。
[0005] 因此，研究一种既具有低余辉又具有高闪烁效率的掺铊碘化铯闪烁材料，将对促 使掺铊碘化铯闪烁材料在高分辨X成像领域的广泛应用具有重要价值。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明旨在提供一种掺铊碘化铯闪烁体及 应用该闪烁体制备具有低余辉和高闪烁效率的掺铊碘化铯薄膜和单晶纤维，以促使掺铊碘 化铯闪烁材料在高分辨X成像领域的广泛应用。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种掺铊碘化铯闪烁体，为铊（T1)、镱（Yb)共掺的碘化铯（Csi)，具有如下组成通 式：（CSl_x_yTlxYby)⑴-具）或（CSl_x_yTlxYby) (Ii-yMsy)，其中：M=I、Br、Cl或F;0〈x彡 0? 05、 0〈y< 0? 05。
[0009] 本发明所述的掺铊碘化铯闪烁体可应用于制备掺铊碘化铯薄膜或掺铊碘化铯单 晶纤维。
[0010] 作为优选方案，所述的掺铊碘化铯薄膜采用热蒸发工艺制备；所述的掺铊碘化铯 单晶纤维采用微下拉法工艺制备。
[0011] 作为进一步优选方案，所述的热蒸发工艺包括如下操作：
[0012] a)按组成通式：(CSl_x_yTlxYby) (Ii-yMy或（CSl_x_yTlxYby) (Ii-yMsy)称取化学计量 比的碘化铯和铊的卤化物及镱的卤化物，在混合均匀后装入固定在电极上的钥金属蒸发舟 内；
[0013] b)将衬底基片加热至30~200°C，并调节热蒸室内气压至1(T5~1(T2托（Torr), 以5~100埃/秒（A/s)的蒸镀速率进行蒸镀，在衬底基片上的薄膜厚度达到50~500ym 后停止蒸镀；然后在150~30(TC下进行退火处理20~60分钟，再降温至室温，在保持原 有气压下放置1~8小时后取出基片。
[0014] 作为更进一步优选方案，所述衬底基片选用单晶硅片或石英片。
[0015] 作为进一步优选方案，所述的微下拉法工艺包括如下操作：
[0016] ①按组成通式：（CSl_x_yTlxYby)(IhMy或（CSl_x_yTlxYby) (IhM#)称取化学计量比 的碘化铯和铊的卤化物及镱的卤化物，在混合均匀后装入坩埚中；
[0017] ②在无氧条件下加热，直至坩埚中的原料完全熔化成熔体，保温2~8小时后，以 0. 02~0. 5毫米/分钟的速度下降中频线圈，待降至室温后取出晶体。
[0018] 作为更进一步优选方案，所述坩埚选用钥坩埚或白金坩埚。
[0019] 作为更进一步优选方案，所述无氧条件通过充入氮气或氩气来实现。
[0020] 作为更进一步优选方案，所述铊的卤化物为m;所述镱的卤化物选自Ybi2、 Ybfc2、YbCl2、YbF2、Ybl3、Ybfc3、YbCl3 及YbF3 中的至少一种。
[0021] 实验证明：采用本发明所述的掺铊碘化铯闪烁体制备的掺铊碘化铯薄膜和单晶纤 维均具有高闪烁效率和低余辉的优良性能，可广泛应用于X射线辐射成像领域。
【附图说明】
[0022] 图1体现了本发明提供的掺铊碘化铯薄膜在共掺杂镱离子前后的余辉性能的差 异；
[0023] 图2体现了本发明提供的掺铊碘化铯薄膜在共掺杂镱离子前后的X射线激发发光 效率的差异。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。
[0025] 各实施例所用的原料的纯度均不低于99. 99%。
[0026] 蒸镀法设备由镀膜室、工作架、真空系统和电器控制四个部分组成。镀膜室装有纯 铝制的轰击电极，该电极由漏电变压器供电；工作架用于固定蒸镀配件；真空系统由机械 泵、扩散泵、高真空阀等部件组成；电器控制是为包括轰击和蒸发电极、蒸镀配件旋转和安 全保护装置提供供电和控制。
[0027] 微下拉法设备由加热系统、坩埚和下降控制系统组成，其中加热系统为中频加热、 坩埚材料可以是白金或铱金。
[0028] 对比例1 :制备（CsqjJW⑴薄膜
[0029] 将259. 55gCsl和0. 331gT1I充分混合后，装入固定在电极上的钥金属蒸发舟， 通过电阻加热的方式对单晶硅基片加热至200°C，热蒸室内气压降至l(T2t〇rr，进行离子轰 击10分钟以上，蒸发时旋转基片架，待薄膜厚度达到100ym后停止蒸镀，待温度降至250°C 后保温25分钟退火，降至室温后保持原有的气压约8小时再取出基片。
[0030] 生长得到的薄膜样品无色透明，与衬底结合牢固。经过X射线脉冲余辉测试仪测 试，表明该晶体样品有较强的余辉，X射线激发后其发射谱为典型的T1+离子发光带。
[0031]实施例 1 :制备（CS(l.9985TWba_5) &._)薄膜
[0032] 将259.25gCsl、0.33125gT1I和0.2134gYbl2充分混合后，装入固定在电极 上的钥金属蒸发舟，通过电阻加热的方式对单晶硅基片加热至200°C，热蒸室内气压降至 l(T2t〇rr，进行离子轰击10分钟以上，蒸发时旋转基片架，待薄膜厚度达到100ym后停止蒸 镀，待温度降至250°C后保温25分钟退火，降至室温后保持原有的气压约8小时再取出基 片。
[0033] 生长得到的薄膜样品无色透明，与衬底结合牢固。经过X射线脉冲余辉测试仪测 试，表明该样品余辉明显低于未共掺镱离子的薄膜样品(对比例1所得样品)。X射线激发 发射谱测试结果表明，掺镱离子的薄膜样品其闪烁效率明显高于非掺杂镱离子的薄膜样品 (对比例1所得样品）。
[0034]实施例2:制备（CsQ