一种使用移动加热器法生长高质量CLLB晶体的方法

一种使用移动加热器法生长高质量cllb晶体的方法
技术领域
1.本发明属于闪烁体材料领域，涉及一种闪烁体的新型制备方法，尤其涉及一种使用移动加热器法生长高质量cllb晶体的方法。


背景技术：

2.中子/伽马双模探测器能够同时与中子和光子信号反应，且产生的信号可以实现对中子/伽马射线的能谱高度甄别或能谱形状甄别，从而得到有效的中子和伽马信号。发展中子伽马双模探测器对于提升我国的中子探测技术水平意义重大，其具体的应用方向均指向我国核心国力提升，包括反应堆控制、核反应研究、边境安检、条约核查、遥感、国土安全、应急响应和核设施监测等，将更有力的防范和打击恐怖主义活动，带动相关的技术进步，助力我国核技术与核探测领域发展。
3.在近年来发展的6li基钾冰晶石类闪烁体中，cs2lilabr6(cllb)晶体展现出了极高的光产额和能量分辨率，且衰减时间短，对中子信号的吸收能力强，能量线性良好，中子/伽马信号甄别能力较好，从0～140℃均能实现中子/伽马甄别，是十分优秀的中子/伽马双模探测晶体。
4.在文献“tremsin as,perrodin d,losko as,et al.in-situ observation of phase separation during growth of cs2lilabr6:ce crystals using energy-resolved neutron imaging[j].crystal growth&design.2017,17(12):6372-6381.”中对cllb晶体生长过程进行中子实时成像，发现符合化学计量比的熔体是不一致熔融的，在晶体生长过程的实时观察中发现了富锂区和贫锂区，这预示着非化学计量比的原料配比以避开生长起始的非cllb相可能是更适合的。而在文献“lin j.,wei q.,zhang d.,et al.crystal growth and scintillation properties of non-stoichiometric cs2lilabr6:ce[j].crystal research and technology,2019,54(10):1900047.”中报道了，其采用过量50％的libr(溴化锂)溶剂法生长了cllb晶体，结晶质量及晶锭利用率均不理想，晶锭中存在较多色心和夹杂，且晶锭尾端有较长libr+cllb的溶剂混合区。


技术实现要素：

[0005]
通过对现有技术分析，可以看出当采用符合化学计量比的装料方式生长cllb晶体时，在晶体生长的前半段会先析出cs2labr5沉淀，而在后半段实际为从过量libr的溶液析出cllb晶体，会出现包裹物、色心等缺陷。使用过量libr溶剂法生长虽然可以在晶体生长初期改善分相现象，避免cs2labr5的出现，但随着生长的进行，根据溶质的守恒条件，熔区溶质浓度逐渐降低，结晶界面的温度随着时间发生变化，晶体生长后期界面不稳定，易形成包裹物、色心等缺陷，严重恶化结晶质量；且生长出的晶锭后半部分必然包含大量libr第二相，晶锭利用率低。
[0006]
总结而言，cllb为非一致熔融晶体材料，目前常用的溶剂法生长cllb晶体时会出现成分不均匀性能恶化及晶锭利用率降低的问题，针对该问题，本发明提出cllb的thm晶体
15倍；优选装入的原料质量满足原料熔融后长度为第一容器内径的3～8倍。
[0019]
进一步的，步骤1.1中，ce掺杂的含量y取值为0.1～10％。
[0020]
进一步的，步骤1.1中，所述第一原料熔点根据cs2labr
5-libr相图确定为570℃。
[0021]
进一步的，步骤1中，采用以下步骤制备能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料：
[0022]
步骤1.3：在惰性气氛下，将csbr、libr、la
(1-y)
ceybr3原料按照能够直接析出cllb晶体的原料比例装入洁净干燥的第二容器中，对容器抽真空，真空度达到所需压强时封闭第二容器；所述能够直接析出cllb晶体的原料比例根据cs2labr
5-libr相图确定；
[0023]
步骤1.4：根据步骤1.3中所确定的能够直接析出cllb晶体的原料比例，利用cs2labr
5-libr相图确定第二原料熔点；将步骤1.3得到的封闭的第二容器放置于高温炉中，升温至第二原料熔点之上20～50℃，然后进行摇摆震荡合料，之后将第二容器正立并保温设定时间，最后缓慢降温冷却至室温，得到能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料。
[0024]
进一步的，步骤1.3中确定的能够直接析出cllb晶体的原料比例为：cs2la
(1-y)
ceybr5:libr在39：61和20：80之间；并根据确定后的cs2la
(1-y)
ceybr5以及libr比例，按照符合cllb晶体化学计量比的原料比例确定csbr比例。
[0025]
进一步的，步骤1.3中，装入的原料质量满足原料熔融后长度为第二容器直径的0.3～2.5倍。
[0026]
进一步的，步骤1.4中，所述第二原料熔点根据cs2labr
5-libr相图确定为470～397℃之间。
[0027]
进一步的，步骤2中，所述籽晶与所述第三容器内径一致且高为第三容器内径0.3～2倍。
[0028]
进一步的，步骤2中，所述籽晶采用cllb晶体作为同质籽晶或晶格参数与cllb晶体接近且熔点高于cllb的立方相晶体作为异质籽晶。
[0029]
进一步的，步骤3中，所述温度场以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，所述起始点温度根据所述溶剂区致密多晶料的原理配比以及cs2labr
5-libr相图获得；向第三容器两端均为降温梯度场，梯度的范围为每厘米10～60℃。优选的梯度范围为每厘米20～30℃，第三容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时。
[0030]
进一步的，步骤4中采用thm法进行晶体生长的过程为：
[0031]
步骤4.1：通过将第三容器在所述炉体中相对移动，使第三容器的相对位置上升，上升时移动速度为每小时0.1～20mm，优选的移动速度为每小时5mm，上升时移动距离为0.1cm至籽晶总长，优选的移动距离为籽晶长度的1/4～1/2，之后容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时；
[0032]
步骤4.2：通过将第三容器在所述炉体中相对移动，使第三容器的相对位置下降，下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加所述第一致密多晶料长度加0.5～4cm，优选的下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加所述第一致密多晶料的长度加第三容器的内径，下降速率为每小时0.1～5mm，优选的下降速率为每小时0.1～1mm。
[0033]
进一步的，步骤5中，生长结束的晶体以每小时5～50℃的速度缓慢降温至温度为300～370℃的退火场中保温12～48小时，之后每小时5～50℃的速度缓慢降温至室温，优选的降温速率为每小时10～20℃。
[0034]
或者步骤2和步骤3采用以下过程：
[0035]
步骤2：将所述溶剂区致密多晶料和所述第一致密多晶料从下至上依次装入洁净干燥的第四容器中，所述第四容器能够使cllb晶体自发形核并生长出单晶；对第四容器抽真空，真空度达到所需压强时封闭第四容器；
[0036]
步骤3：将封闭的第四容器置于适用于thm法的炉体中，对第四容器施加温度场：通过温度场，使得所述溶剂区致密多晶料中除下端自发形核区域的多晶料外，其余溶剂区致密多晶料融化为高温熔融液体，且所述溶剂区致密多晶料上端的第一致密多晶料在靠近所述溶剂区致密多晶料的一端有0～0.5cm范围的融化。
[0037]
进一步的，步骤3中，所述温度场以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，所述起始点温度根据所述溶剂区致密多晶料的原理配比以及cs2labr
5-libr相图获得；向第四容器两端均为降温梯度场，梯度的范围为每厘米10～60℃，优选的梯度范围为每厘米20～30℃，容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时。
[0038]
进一步的，步骤3中，所述第四容器采用圆锥尖底型坩埚、毛细管尖底型坩埚或半圆底锥型坩埚。
[0039]
进一步的，步骤4中采用thm法进行晶体生长的过程为：
[0040]
步骤4.1：通过将第四容器在所述炉体中相对移动，使第四容器的相对位置上升，使所述溶剂区致密多晶料中下端自发形核区域内的多晶料保持熔融状态，上升时移动速度为每小时0.1～20mm，优选的移动速度为每小时5mm，上升时移动距离以使所述溶剂区致密多晶料中下端自发形核区域内的多晶料处于熔融状态为准，之后容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时；
[0041]
步骤4.2：通过将第四容器在所述炉体中相对移动，使第四容器的相对位置下降，下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加所述第一致密多晶料长度加0.5～4cm，优选的下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加所述第一致密多晶料的长度加第四容器的内径，下降速率为每小时0.1～5mm，优选的下降速率为每小时0.1～1mm。
[0042]
有益效果
[0043]
本发明的技术效果在于：
[0044]
依据测定的cs2labr
5-libr相图，本发明设计了移动加热器法(thm)生长cllb晶体的具体参数，解决了溶剂法生长cllb晶体导致的因溶质浓度变化引起的结晶界面不稳定、成分不均匀和分相问题，避免了晶体后端的性能恶化和晶锭利用率低。
[0045]
thm兼具了溶剂法的优点，结合依据相图设计出的合适的溶剂，将熔体比例调整到可以直接析出cllb晶体的合适范围，避免了溶剂法因为溶质浓度变化导致的成分布均匀和分相问题，因此本发明是适合cllb晶体生长的方法。同时，thm具有低温生长和区熔特性，容易获得轴向组分均匀的晶锭，界面稳定，避免包裹物。此外，溶剂区的长度与炉体结构相关，长度固定，生长大体积晶体占优，可有效提高晶体利用率，降低成本。
[0046]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0047]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：
[0048]
图1为自行测量绘制的cs2labr
5-libr相图。
[0049]
图2为thm法生长cllb晶体的装料示意图，(a)籽晶法thm生长示意图，(b)自发形核法thm，其中1-籽晶，2-溶剂区致密多晶料，3-致密cllb多晶料，4-容器。
[0050]
图3为实施例1(使用cllb同质籽晶)得到的四根晶体的能谱图。
[0051]
图4为实施例2(未使用籽晶)得到的四根晶体的能谱图。
[0052]
图5为对比例2得到的两块晶体的能谱图。
具体实施方式
[0053]
申请人通过对现有溶剂法生长cllb晶体进行分析，发现当采用符合化学计量比的装料方式生长cllb晶体时，在晶体生长的前半段会先析出cs2labr5沉淀，而在后半段实际为从过量libr的溶液析出cllb晶体，会出现包裹物、色心等缺陷。使用过量libr溶剂法生长虽然可以在晶体生长初期改善分相现象，避免cs2labr5的出现，但随着生长的进行，根据溶质的守恒条件，熔区溶质浓度逐渐降低，结晶界面的温度随着时间发生变化，晶体生长后期界面不稳定，易形成包裹物、色心等缺陷，严重恶化结晶质量；且生长出的晶锭后半部分必然包含大量libr第二相，晶锭利用率低。
[0054]
针对上述问题，本发明提出cllb的thm晶体生长方案，可以使熔体始终维持在可以析出cllb晶体的比例，又能避免熔区溶质浓度降低导致的结晶界面失稳，提高libr的利用率。
[0055]
首先自行测试并绘制出的cs2labr
5-libr相图，如图1所示，并依据相图，分别制备了符合cllb计量比的致密多晶料、可以直接析出cllb晶体比例的溶剂区致密多晶料，之后(a)选用同质或异质籽晶、(b)或采用特定形状的坩埚以自发形核，将籽晶(使用可以自发形核的坩埚时可无籽晶)、溶剂区致密多晶料、符合cllb计量比的致密多晶料以从下至上的顺序依次放入生长坩埚中。将坩埚封闭后转移至移动加热器法炉体中，通过调整出特定的温场形状令只有溶剂区多晶料融化。在熔体扩散和对流中使得符合cllb计量比的多晶料在溶解界面溶解，然后在生长界面析出。随着炉体和晶体的相对移动，溶剂区缓慢的上移，最终全部符合cllb计量比的多晶料融化通过溶剂区并在生长界面析出结晶，生长出结晶质量良好的cllb单晶体。从稳定的溶剂中生长析出的cllb单晶体成分稳定，未出现分相、包裹物、色心等缺陷，晶锭中后部分除尾端较短的溶剂区外，晶体的闪烁性能基本与前端一致，在保证晶锭结晶质量优秀的前提下提高了利用率。
[0056]
具体步骤为：
[0057]
步骤1：根据cs2labr
5-libr相图，制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料；
[0058]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0059]
步骤1.1：在惰性气氛下，将csbr、libr、la
(1-y)
ceybr3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的容器中，其中装入原料的质量与炉体可以生长的晶体长度相关，装量质量应满足原料熔融后长度为坩埚直径的1-15倍，优选的长度范围为3-8倍；其中作为发光中心的ce掺杂的含量y一般取值为0.1～10％。对容器抽真空，真空度达到所需压强时封闭容器；
[0060]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭容器放置于高温合料炉中，升温至步骤1.1中原料熔点(即根据图1所示得到的570℃)之上20～50℃，然后进行摇摆震荡合料12～36小时，之后将容器正立并保温12～36小时，最后以每小时20～50℃的速度缓慢降温冷却至室温，符合cllb计量比的致密多晶料制备完成。特殊地，试验发现，由于cllb晶体的特殊性，容器摇摆后的正立保温及缓慢冷却过程可以保证多晶料的致密性，而非致密性的多晶料会恶化后续生长晶体的质量。
[0061]
而制备能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0062]
步骤1.3：在惰性气氛下，将csbr、libr、la
(1-y)
ceybr3原料按照能够直接析出cllb晶体的比例，即根据图1所示，精确划定的可以直接析出cllb晶体的区域i：cs2la
(1-y)
ceybr5:libr比例在39：61和20：80之间(以cs2la
(1-y)
ceybr5:libr比例在39：61时为例，此时溶剂区中各原材料的摩尔比例为csbr：la
(1-y)
ceybr3：libr＝78：39：61)，装入洁净干燥的容器中，其中装量质量应满足原料熔融后长度为坩埚直径的0.3～2.5倍。对容器抽真空，真空度达到所需压强时封闭容器。优选地，cs2la
(1-y)
ceybr5:libr的比例小于35：65的溶剂区生长出的cllb晶体的质量更优，更优选地精确cs2labr5:libr的比例至39：61时最佳。
[0063]
步骤1.4：根据步骤1.3所装入原料的比例，依据图1所示的相图确定熔点，即在470～397℃之间，将步骤1.3得到的封闭容器放置于高温合料炉中，升温至原料熔点之上20～50℃，然后进行摇摆震荡合料12～36小时，之后将容器正立并保温12～36小时，最后以每小时20～50℃的速度缓慢降温冷却至室温，可以直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料制备完成。
[0064]
步骤2：分为有籽晶和无籽晶两个方案：
[0065]
(a)有籽晶：如图2(a)所示，从下至上依次将，籽晶1，和容器内径相等且高为容器内径0.3～2倍，可以采用cllb晶体作为同质籽晶或采用晶格参数与cllb接近且熔点高于cllb的立方相晶体作为异质籽晶，优选地如bgo晶体等；制得的溶剂区致密多晶料2；制得的第一致密多晶料3；装入容器4中；其中，图2(a)仅为示意图，具体的容器形状和材料不限；
[0066]
(b)无籽晶：如图2(b)所示，从下至上依次将，制得的溶剂区致密多晶料2；制得的第一致密多晶料3；装入容器4中；其中，图2(b)仅为示意图，容器4的要求为使cllb晶体自发形核并生长出单晶，具体的容器形状不限。特殊地，我们的实验证明在闪烁体或化合物半导体单晶生长中常用的不同角度的圆锥尖底型坩埚、毛细管尖底型坩埚、半圆底锥型坩埚均能自发形核得到cllb单晶体，如图3所示。
[0067]
对容器抽真空，真空度达到所需压强时封闭容器。
[0068]
步骤3：将步骤2封闭的容器置于适用于thm法的炉体中，并对容器施加温度场；温度场的设置也分有籽晶和无籽晶两个方案：
[0069]
(a)有籽晶：将步骤2封闭的容器置于适用于thm法的炉体中，通过设置温场场，使得容器中能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料在温场中全部融化为高温熔融液体，且溶剂区两端的籽晶及第一致密多晶料仅有0～0.5cm范围的融化，优选地溶剂区两端的籽晶及第一致密多晶料均无融化，即溶剂区两端的温度设置为溶剂区致密多晶料的熔点。在进行温度场设计时，依据相图和溶剂区致密多晶料原料配比，确定高温熔融液体的中心为最高温度的起始点，向容器两端均为降温梯度场，梯度的范围为每厘米10～60℃，优选的梯度范围为每厘米20～30℃，容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小
时。
[0070]
(b)无籽晶：将步骤2封闭的容器置于适用于thm法的炉体中，通过设置温场场，使得容器中能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料中，除了处在容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料外，其余溶剂区致密多晶料(约70-90vol％)融化为高温熔融液体，且溶剂区致密多晶料上端的第一致密多晶料仅能有0～0.5cm范围的融化，优选的溶剂区上端的第一致密多晶料无融化，即溶剂区上端界面温度为根据相图确定的溶剂区致密多晶料的熔点；以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向容器两端均为降温梯度场，梯度的范围为每厘米10～60℃，优选的梯度范围为每厘米20～30℃，容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时。
[0071]
这里，thm温度场中的具体设置温度与溶剂区致密多晶料的原料配比有关，具体的熔融所需温度通过查询图1相图获得。
[0072]
在设置温度场时，首先明确炉体内部梯度较高区域的结构和位置，将此区域的中部温度设置为溶剂区致密多晶料熔点(根据原料配比和相图确定)以上30-100℃，将此区域的上下区段温度设置为低于溶剂区致密多晶料熔点50-100℃，然后通过热电偶测量这一段的实际温度。检查测量的温场高于溶剂区致密多晶料熔点的长度是否与溶剂区致密多晶料的长度一致，且溶剂区致密多晶料熔点附近的温度梯度是否满足每厘米20-30℃。若未满足，则需反复调整此区域的中部温度和上下区段的温度并测量，直至满足温度场需求。
[0073]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；也分有籽晶和无籽晶两个方案：
[0074]
步骤4.1：(a)有籽晶：通过容器和炉体加热器的缓慢相对移动，使容器的相对位置上升，即溶剂区向籽晶方向移动，上升时移动速度为每小时0.1～20mm，优选的移动速度为每小时5mm，上升时移动距离为0.1cm至籽晶总长，优选的移动距离为籽晶长度的1/4～1/2，之后容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时；
[0075]
(b)无籽晶：通过容器和炉体加热器的缓慢相对移动，使容器的相对位置上升，使容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料保持熔融状态，上升时移动速度为每小时0.1～20mm，优选的移动速度为每小时5mm。上升时移动距离为以保证溶剂区最下端熔融为准，可以在容器最下端设置热电偶，上升结束时热电偶温度应为溶剂区熔点之上5-10℃。之后容器在此温场中保温6～36小时，优选的保温时间为12～24小时；
[0076]
步骤4.2：通过容器和炉体加热器的缓慢相对移动，使容器的相对位置下降，即溶剂区向第一致密多晶料方向移动，下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加第一致密多晶料的长度加0.5～4cm，优选的下降距离为步骤4.1中的上升距离加溶剂区长度加第一致密多晶料的长度加容器的内径，下降速率为每小时0.1～5mm，优选的下降速率为每小时0.1～1mm。
[0077]
步骤5：生长结束的晶体以每小时5～50℃的速度缓慢降温至温度为300～370℃的退火场保温12～48小时。之后每小时5～50℃的速度缓慢降温至室温。优选的降温速率为每小时10～20℃。得到最终的cllb晶体。
[0078]
上述各步骤中的容器包括但不限为石英坩埚、pbn坩埚、石墨坩埚、氧化铝坩埚、白金坩埚、镀有碳膜的各类坩埚。
[0079]
下面详细描述本发明的实施例，实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能
理解为对本发明的限制。
[0080]
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0081]
实施例1：
[0082]
步骤1：根据cs2labr
5-libr相图，制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料；
[0083]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0084]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的4倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0085]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至600℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温，得到符合cllb计量比的第一致密多晶料。
[0086]
而制备能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0087]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝39：61的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0088]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至500℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；得到能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料。
[0089]
步骤2：如图2(a)所示，从下至上依次将，直径1英寸、高1英寸的cllb晶体，制得的溶剂区致密多晶料，制得的第一致密多晶料，装入内径1英寸的石英坩埚中，对石英坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚。
[0090]
步骤3：将步骤2封闭的坩埚置于适用于thm法的炉体中，温场设置为：溶剂区致密多晶料中部温度为507℃，溶剂区两端温度为470℃，以溶剂区致密多晶料熔融后的高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向两端以梯度为每厘米30℃设置降温场，坩埚在此温场中保温12小时。
[0091]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；
[0092]
步骤4.1：降低炉体加热器，使坩埚的相对位置上升，上升时移动速度为每小时10mm，上升时移动距离为0.8cm，之后坩埚在此温场中保温12小时；
[0093]
步骤4.2：升高炉体加热器，使坩埚的相对位置下降，下降距离为145.5mm，下降速率为每小时0.5mm。
[0094]
步骤5：生长结束的晶体以每小时10℃的速度缓慢降温至温度为350℃的退火场保温24小时。之后每小时15℃的速度缓慢降温至室温。
[0095]
本实施例制得直径和高均为1英寸的cllb晶体四块，晶体通透，无明显的夹杂色心
等缺陷，在
137
cs源下测得的能谱图如图3所示，能量分辨率(@662kev)分别为：3.05％、3.06％、3.08％、3.38％。
[0096]
实施例2：
[0097]
步骤1：根据cs2labr
5-libr相图，制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料；
[0098]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0099]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的5倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0100]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至600℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；
[0101]
而制备能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0102]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝37：63的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0103]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至500℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；得到能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料。
[0104]
步骤2：如图2(b)所示，从下至上依次将，制得的溶剂区致密多晶料，制得的第一致密多晶料，装入内径1英寸的石英坩埚中，该石英坩埚采用能够使cllb晶体自发形核并生长出单晶的结构形式，对石英坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚。
[0105]
步骤3：将步骤2封闭的坩埚置于适用于thm法的炉体中，温场设置为：溶剂区中部温度为503℃，并使除了处在容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料外，其余溶剂区致密多晶料(约90vol％)的温度为465℃以上，融化为高温熔融液体，以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向两端为梯度为每厘米30℃的降温场，坩埚在此温场中保温12小时；
[0106]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；
[0107]
步骤4.1：降低炉体加热器，使坩埚的相对位置上升，上升时移动速度为每小时20mm，上升时移动距离为1.5cm，之后坩埚在此温场中保温12小时；
[0108]
步骤4.2：升高炉体加热器，使坩埚的相对位置下降，下降距离为170mm，下降速率为每小时0.5mm。
[0109]
步骤5：生长结束的晶体以每小时10℃的速度缓慢降温至温度为350℃的退火场保温24小时。之后每小时15℃的速度缓慢降温至室温。
[0110]
本实施例制得直径和高均为1英寸的cllb晶体四块，晶体通透，无明显的夹杂色心等缺陷，在
137
cs源下测得的能谱图如图4所示，能量分辨率(@662kev)分别为：3.14％、3.15％、3.21％、3.34％。
[0111]
实施例3：
[0112]
步骤1：根据cs2labr
5-libr相图，制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料；
[0113]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0114]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的3倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0115]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至590℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；
[0116]
而制备能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0117]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝39：61的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0118]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至490℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；得到能够直接析出cllb晶体的溶剂区致密多晶料。
[0119]
步骤2：如图2(b)所示，从下至上依次将，制得的溶剂区致密多晶料，制得的第一致密多晶料，装入内径1英寸的石英坩埚中，该石英坩埚采用能够使cllb晶体自发形核并生长出单晶的结构形式，对石英坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚。
[0120]
步骤3：将步骤2封闭的坩埚置于适用于thm法的炉体中，温场设置为：溶剂区中部温度为507℃，并使除了处在容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料外，其余溶剂区致密多晶料(约90vol％)的温度为470℃以上，融化为高温熔融液体，以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向两端为梯度为每厘米30℃的降温场，坩埚在此温场中保温12小时；
[0121]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；
[0122]
步骤4.1：降低炉体加热器，使坩埚的相对位置上升，上升时移动速度为每小时10mm，上升时移动距离为1.8cm，之后坩埚在此温场中保温12小时；
[0123]
步骤4.2：升高炉体加热器，使坩埚的相对位置下降，下降距离为155.5mm，下降速率为每小时0.5mm。
[0124]
步骤5：生长结束的晶体以每小时10℃的速度缓慢降温至温度为350℃的退火场保温24小时。之后每小时15℃的速度缓慢降温至室温。
[0125]
本实施例制得直径和高均为1英寸的cllb晶体三块，晶体通透，无明显的夹杂色心等缺陷。
[0126]
为说明本发明相关关键步骤效果，下面给出相应的对比例：
[0127]
对比例1：
[0128]
步骤1：根据cs2labr
5-libr相图，制备符合cllb计量比的第一多晶料以及溶剂区多
晶料；
[0129]
其中制备符合cllb计量比的第一多晶料的步骤为：
[0130]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的3倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0131]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至600℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并关炉降至室温，得到符合cllb计量比的第一多晶料。
[0132]
而制备溶剂区多晶料的步骤为：
[0133]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝39：61的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0134]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至500℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并关炉降至室温；得到溶剂区多晶料。
[0135]
本对比例中后续的步骤无法进行，因为在步骤1.2和步骤1.4得到的第一多晶料和溶剂区多晶料均破碎且酥软，在转移到下一步坩埚中的过程中无法保持基本的圆柱形状。
[0136]
对比例2：
[0137]
步骤1：制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及溶剂区致密多晶料；
[0138]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0139]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的3倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0140]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至600℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；
[0141]
而制备溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0142]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝32：68的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0143]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至500℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温。
[0144]
步骤2：如图2(b)所示，从下至上依次将，制得的溶剂区致密多晶料，制得的第一致密多晶料，装入内径1英寸的石英坩埚中，该石英坩埚采用能够使cllb晶体自发形核并生长出单晶的结构形式，对石英坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚。
[0145]
步骤3：将步骤2封闭的坩埚置于适用于thm法的炉体中，温场设置为：溶剂区中部
温度为495℃，并使除了处在容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料外，其余溶剂区致密多晶料(约90vol％)的温度为465℃以上，融化为高温熔融液体，以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向两端为梯度为每厘米30℃的降温场，坩埚在此温场中保温12小时；
[0146]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；
[0147]
步骤4.1：降低炉体加热器，使坩埚的相对位置上升，上升时移动速度为每小时30mm，上升时移动距离为2cm，之后坩埚在此温场中保温12小时；
[0148]
步骤4.2：升高炉体加热器，使坩埚的相对位置下降，下降距离为175mm，下降速率为每小时0.5mm。
[0149]
步骤5：生长结束的晶体以每小时10℃的速度缓慢降温至温度为350℃的退火场保温24小时。之后每小时15℃的速度缓慢降温至室温。
[0150]
本对比例制得直径和高均为1英寸的cllb晶体二块，晶体较透明，但存在明显的夹杂和色心缺陷，缺陷分布径向上以晶锭的轴心向边缘递减，轴向上基本保持一致，这说明相比于通过cs2labr
5-libr相图确定的合适范围的原料配比，若采用较高的libr配比，则晶体生长时出现了一定的界面失稳现象，导致界面处的气体或液滴被包裹进晶锭中。该现象理论分析原因为：cllb晶体的生长是类似于从libr溶剂中析出cllb晶体的过程，在同样的生长条件下，libr配比的提高会导致cllb析出的驱动力下降(热力学)，且溶液处的cllb溶质难以及时转移至生长界面(动力学)，二者均会导致生长界面的失稳，形成夹杂。
[0151]
本对比例在
137
cs源下测得的能谱图如图5所示，能量分辨率(@662kev)分别为：5.3％、7.5％。
[0152]
对比例3：
[0153]
步骤1：制备符合cllb计量比的第一致密多晶料以及溶剂区致密多晶料；
[0154]
其中制备符合cllb计量比的第一致密多晶料的步骤为：
[0155]
步骤1.1：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照符合cllb晶体化学计量比的比例装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的3倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0156]
步骤1.2：将步骤1.1得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至600℃摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温；
[0157]
而制备溶剂区致密多晶料的步骤为：
[0158]
步骤1.3：在手套箱惰性气氛下，将csbr、libr、la
0.95
ce
0.05
br3原料按照cs2la
0.95
ce
0.05
br5:libr＝28：72的比例，装入洁净干燥的内径1英寸的镀碳膜石英坩埚中，装量质量满足原料熔融后长度为坩埚直径的1倍。对坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚；
[0159]
步骤1.4：将步骤1.3得到的封闭石英坩埚放置于高温合料炉中，升温至500℃进行摇摆震荡合料12小时，之后将坩埚正立并保温24小时，最后以每小时30℃的速度缓慢降温冷却至室温。
[0160]
步骤2：如图2(b)所示，从下至上依次将，制得的溶剂区致密多晶料，制得的第一致
密多晶料，装入内径1英寸的石英坩埚中，该石英坩埚采用能够使cllb晶体自发形核并生长出单晶的结构，对石英坩埚抽真空，真空度达到5*10-5
pa时用氢氧焰封闭石英坩埚。
[0161]
步骤3：将步骤2封闭的坩埚置于适用于thm法的炉体中，温场设置为：溶剂区中部温度为440℃，并使除了处在容器下部直径较小处的自发形核区域的溶剂区致密多晶料外，其余溶剂区致密多晶料(约85vol％)的温度为395℃以上，融化为高温熔融液体，以高温熔融液体的中心为温度最高的起始点，向两端为梯度为每厘米30℃的降温场，坩埚在此温场中保温12小时；
[0162]
步骤4：通过将容器在炉体中相对移动，采用thm法进行晶体生长；
[0163]
步骤4.1：降低炉体加热器，使坩埚的相对位置上升，上升时移动速度为每小时30mm，上升时移动距离为1.5cm，之后坩埚在此温场中保温12小时；
[0164]
步骤4.2：升高炉体加热器，使坩埚的相对位置下降，下降距离为170mm，下降速率为每小时0.5mm。
[0165]
步骤5：生长结束的晶体以每小时10℃的速度缓慢降温至温度为350℃的退火场保温24小时。之后每小时10℃的速度缓慢降温至室温。
[0166]
本对比例未能制得合格的cllb晶体，晶锭结晶质量差，整体呈乳白色且存在大量夹杂缺陷，存在多晶粒，并存在少量裂纹，这说明在高的libr配比下晶体生长时出现了严重的界面失稳，甚至无法形成稳定的结晶界面。过高libr溶剂区配比下无法生长出合格的cllb晶体。
[0167]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。