CN109705854A - 一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体及其应用，所述闪烁体的化学组成通式为：(Cs_1‑x‑yTl_xIn_y)I_1+2y，0<x≤0.05、0<y≤0.05。将铟、铊共掺的碘化铯闪烁体应用于制备的铟、铊共掺的碘化铯薄膜，薄膜采用热蒸发工艺制备。采用本发明所述的铟、铊共掺的碘化铯闪烁体制备的铟、铊共掺的碘化铯薄膜具有高闪烁效率和高稳定性，特别是稳定性的提高将对促使CsI闪烁材料在高分辨X成像领域的广泛应用具有重要价值。

Description

一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体及其应用

技术领域

本发明属于闪烁体材料技术领域，具体涉及一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体及其应用。

背景技术

碘化铯(CsI)系闪烁材料主要包括纯CsI产生的本征CsI系闪烁体材料及其掺杂后产生的非本征CsI系闪烁体材料。本征CsI系闪烁体具有均匀性高、光输出高、余辉较小等特点，但纯CsI晶体的荧光时间太短，电荷藕合器件图像传感器(CCD)不能够直接接受其信号。非本征闪烁体中掺铊碘化铯(CsI：Tl)晶体密度较大，转换后的可见光可以与CCD匹配，同时CsI：Tl晶体具有较高的光产额和优良的抗辐照能力，是一种综合性能优良的闪烁晶体。

然而，CsI：Tl晶体稳定性远不如CdWO₄、BaF₂等闪烁晶体材料，其较低稳定性极大的制约了该类闪烁材料的发展，如何提高CsI：Tl晶体的稳定性是研究此类材料的关键技术。卤素类闪烁材料(如NaI、CsI等)的稳定性主要是此类材料的潮解性引起的，抑制此类材料的潮解性是提高材料稳定性的关键。元素掺杂是改善材料和器件性能的有效手段之一。诸如通过对CsI进行Na元素掺杂可以有效增强闪烁体的光产能，通过对CsI进行Yb、Bi元素的掺杂进行余晖性能的减弱。但到目前为止，能显著提高CsI闪烁材料稳定性的元素掺杂未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体及其应用，该闪烁体在具有高闪烁效率的基础上，还能具有较高的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体，所述闪烁体的化学组成通式为：(Cs_1-x-yTl_xIn_y)I_1+2y，0<x≤0.05、0<y≤0.05。

本发明所述的铟、铊共掺的碘化铯闪烁体可应用于制备的铟、铊共掺的碘化铯薄膜。

优选的，所述薄膜采用热蒸发工艺制备。

优选的，所述热蒸发工艺包括以下步骤：

(1)按组成通式：(Cs_1-x-yTl_xIn_y)I_1+2y称取化学计量比的CsI、TlI和InI₃，在混合均匀后装入固定在电极上的钼金属蒸发舟内；

(2)将衬底基片加热至150～250℃，并调节热蒸室内气压至10^-5～10^-3Torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，在衬底基片上的薄膜厚度达到30～600μm后停止蒸镀；然后在100～350℃下进行退火处理30～90min，再自然降温至室温。

优选的，所述衬底基片选用铝片、玻璃、陶瓷材料、单晶硅片、石英片中的一种。

经过实验图谱分析可知，与现有技术相比，采用本发明所述的铟、铊共掺的碘化铯闪烁体制备的铟、铊共掺的碘化铯薄膜具有高闪烁效率和高稳定性，特别是稳定性的提高将对促使CsI闪烁材料在高分辨X成像领域的广泛应用具有重要价值。

附图说明

图1是本发明提供的掺铊碘化铯在共掺铟离子前后的X射线激发发光效率的差异图；

图中：曲线A是掺铊碘化铯薄膜样品的X射线激发发光效率曲线；曲线B是掺杂铟离子后的掺铊碘化铯薄膜样品的X射线激发发光效率曲线；

图2是掺铊碘化铯薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前后的X射线衍射对比图谱；

图中：曲线A是掺铊碘化铯薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前的X射线衍射图谱；曲线B是掺铊碘化铯薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h后的X射线衍射图谱；

图3是本发明提供的掺铊碘化铯在共掺铟离子后薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前后的X射线衍射对比图谱；

图中：曲线C是本发明提供的掺铊碘化铯在共掺铟离子后薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前的X射线衍射图谱；曲线D是本发明提供的掺铊碘化铯在共掺铟离子后薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h后的X射线衍射图谱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

选择常用的掺铊碘化铯作为对比例：制备(Cs_0.999Tl_0.001)I薄膜

将259.55g CsI和0.331g TlI混合均匀后，装入固定在电极上的钼金属蒸发舟内，通过电阻加热的方式对铝片加热至180℃，并调节热蒸室内气压为10^-3torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，蒸发时基片架旋转以保证薄膜均匀性，待薄膜厚度达到80μm后停止蒸镀，待温度降至150℃后保温30min退火，自然冷却到室温，生长得到的薄膜样品无色透明，与铝片结合牢固。

实施例1：制备(Cs_0.9985Tl_0.001In_0.0005)I_1.001薄膜

将259.42CsI、0.331g TlI和0.248g InI₃充分混合均匀后，装入固定在电极上的钼金属蒸发舟内，通过电阻加热的方式对单晶硅片加热至180℃，并调节热蒸室内气压为10^-3torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，蒸发时基片架旋转以保证薄膜均匀性，待薄膜厚度达到80μm后停止蒸镀，待温度降至150℃后保温30min退火，自然冷却到室温，生长得到的薄膜样品无色透明，与单晶硅片结合牢固，所述单晶硅片也可选用铝片或陶瓷片来替换。

将对比例和实施例1所制得的薄膜样品分别进行X射线激发发光效率检测，结果如图1所示。由图1分析可知，铟、铊共掺CsI薄膜与掺杂铊的CsI薄膜都具有CsI的衍射峰，且铟、铊共掺CsI薄膜的闪烁效率明显高于掺杂铊的CsI薄膜。

图2是对比例所制得的薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前后的X射线衍射对比图谱；由图2分析可知，掺杂铊的CsI薄膜样品暴露在空气后，衍射峰强度明显降低，说明该样品的结晶度下降，样品部分成分产生降解，性能不稳定。

图3是实施例1所制得的薄膜样品在空气中(25℃，80％RH)放置240h前后的X射线衍射对比图谱；由图3分析可知，本发明提供的掺铊碘化铯在共掺铟离子后薄膜样品暴露在空气后，衍射峰强度基本没有变化，说明共掺杂铟离子后的碘化铯样品在空气中无降解，样品稳定性好。

实施例2：制备(Cs_0.998Tl_0.001In_0.001)I_1.002薄膜

将259.30g CsI、0.331g TlI和0.496g InI₃充分混合均匀后，装入固定在电极上的钼金属蒸发舟，通过电阻加热的方式对玻璃片加热至250℃，并调节热蒸室内气压为10^{- 5}torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，蒸发时基片架旋转以保证薄膜均匀性，待薄膜厚度达到600μm后停止蒸镀，待温度降至350℃后保温90min退火，自然冷却到室温，生长得到的薄膜样品无色透明，与玻璃片结合牢固，所述玻璃片也可选用铝片或陶瓷片来替换。

本实施例的检测结果与实施例1类似，通过检测结果分析表明铟、铊共掺CsI薄膜与掺杂铊的CsI薄膜都具有CsI的衍射峰，且铟、铊共掺CsI薄膜的闪烁效率明显高于掺杂铊的CsI薄膜。另外，铟、铊共掺CsI薄膜的稳定性优于掺杂铊的CsI薄膜。

实施例3：制备(Cs_0.9975Tl_0.001In_0.0015)(I_1.003)薄膜

将259.16g CsI、0.331g TlI和0.743g InI₃充分混合后，装入固定在电极上的钼金属蒸发舟，通过电阻加热的方式对石英片加热至150℃，热蒸室内气压降至10^-4torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，蒸发时基片架旋转以保证薄膜均匀性，待薄膜厚度达到30μm后停止蒸镀，待温度降至100℃后保温40min退火，自然冷却到室温，生长得到的薄膜样品无色透明，与石英片结合牢固，所述石英片也可选用铝片或陶瓷片来替换。

本实施例的检测结果与实施例1类似，通过检测结果分析表明铟、铊共掺CsI薄膜与掺杂铊的CsI薄膜都具有CsI的衍射峰，且铟、铊共掺CsI薄膜的闪烁效率明显高于掺杂铊的CsI薄膜。另外，铟、铊共掺CsI薄膜的稳定性优于掺杂铊的CsI薄膜。

Claims (5)

1.一种铟、铊共掺的碘化铯闪烁体，其特征在于：所述闪烁体的化学组成通式为：(Cs_1-x-yTl_xIn_y)I_1+2y，0<x≤0.05、0<y≤0.05。

2.一种应用权利要求1所述的铟、铊共掺的碘化铯闪烁体制备的铟、铊共掺的碘化铯薄膜。

3.根据权利要求2所述的铟、铊共掺的碘化铯薄膜，其特征在于：所述薄膜采用热蒸发工艺制备。

4.根据权利要求3所述的铟、铊共掺的碘化铯薄膜，其特征在于：所述热蒸发工艺包括以下步骤：

(1)按组成通式：(Cs_1-x-yTl_xIn_y)I_1+2y称取化学计量比的CsI、TlI和InI₃，在混合均匀后装入固定在电极上的钼金属蒸发舟内；

(2)将衬底基片加热至150～250℃，并调节热蒸室内气压至10^-5～10^-3Torr，以的蒸镀速率进行蒸镀，在衬底基片上的薄膜厚度达到30～600μm后停止蒸镀；然后在100～350℃下进行退火处理30～90min，再自然降温至室温。

5.根据权利要求3所述的铟、铊共掺的碘化铯薄膜，其特征在于：所述衬底基片选用铝片、玻璃、陶瓷材料、单晶硅片、石英片中的一种。