CN115044373A - 一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法 - Google Patents

一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法，闪烁晶体材料的化学通式为：（MexCeyLuzY1‑x‑y‑z）2SiO5，式中Me为Al、Ga中的一种或两种元素任意比例的组合；其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.01，0≤z≤1，且x+y+z≤1。本发明通过在掺铈硅酸钇镥闪烁晶体中掺入Al或Ga元素，或者同时掺入这两种元素，可以使晶体中的铈离子价态更稳定，在1100℃~1800℃氧化气氛条件下退火不会因铈离子变价而发黄。本发明的退火方法可以对尺寸20mm（最短的方向）以上的Al、Ga与Ce共掺的硅酸钇镥闪烁晶体充分退火，消除氧空位缺陷，获得高的光输出。

Description

一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法
技术领域
本发明涉及晶体材料，具体涉及一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法，属于闪烁晶体材料、核辐射探测技术领域。
背景技术
铈掺杂硅酸(钇)镥闪烁晶体是一种重要的核辐射探测材料(US6624420B1)，它具有密度高、衰减时间快、光产额高、物化性能稳定等优点，已被广泛应用于核医学装备、核物理、高能物理等领域。目前，铈掺杂硅酸(钇)镥闪烁晶体已取代BGO晶体成为飞行时间正电子发射断层扫描装备(TOF-PET)的主流材料，欧洲核子中心(CERN)的强子对撞机(LHC)和美国费米实验室Mu2e实验也将铈掺杂硅酸(钇)镥闪烁晶体作为制造新一代电磁量能器的重要候选材料，用量巨大。
目前铈掺杂硅酸(钇)镥闪烁晶体的制备方法已非常成熟，主要采用提拉法(US6413311)或水平定向结晶法(ZL201510060384.0)制备，晶体直径可达4英寸。硅酸(钇)镥晶体中存在两种类型的氧原子：一种与硅原子相连形成硅氧四面体，结合力较强；一种与稀土离子相连(被称为O5-Re)，结合力较弱。制备时为了防止坩埚(提拉法采用铱金坩埚，水平定向结晶法采用钨/钼坩埚)被氧化，通常采用惰性气氛、还原气氛或弱氧化气氛生长(O2含量不超过2vol.％)，其中O5-Re结合的氧原子容易丢失形成氧空位缺陷。这种氧空位缺陷捕获导带电子并与激活离子竞争，显著降低了晶体的光产额。采用氧化气氛退火可以消除晶体中的氧空位缺陷，并提升晶体的光产额(US7166845)。专利US7166845指出：为了保证退火气氛中的氧原子能充分扩散到晶体中消除氧空位缺陷，晶体的尺寸至少有一个方向不能超过20mm，且晶体尺寸越小越好；同时，为了防止退火时晶体被过度氧化，退火时间不能超过120小时、退火温度不能超过1400℃，否则会将晶体中的Ce3+氧化成Ce4+，导致晶体发黄。尽管文献(S.Blahuta,A.Bessiere,et al.Evidence and consequences ofCe4+in LYSO:Ce,Ca and LYSO:Ce,Mg single crystals for medical imaging applications.IEEEtransactions on nuclear science.Vol.60,No.4,3134-3141.)对铈掺杂硅酸(钇)镥晶体发黄的机理给出了不同解释，认为发黄是由于产生了其他缺陷或杂质而非铈离子变价所致，但是发黄的外在现象是确定的，即在375nm～525nm波段范围内产生吸收，与晶体的发光波段(中心波长～420nm)重叠，导致光产额降低。
采用上述还原、惰性或弱氧化气氛制备铈掺杂硅酸(钇)镥晶体毛坯，再将其切割成20mm(至少有一个方向的尺寸小于20mm)以内的晶块通过氧化气氛退火使其获得高的光输出，这种尺寸的晶体产品能满足大部分应用需求，因为在核医学装备、核物理、高能物理等大多数应用场景中使用的最终产品形态通常是由小尺寸(至少有一个方向的尺寸小于10mm)晶条组装而成的阵列。近年来，随着应用的逐步拓展，越来越多的应用场合需要使用尺寸20mm(最短的方向)以上的大体积晶体单元，例如具有深度信息(DOI)分辨能力的PET探测器常用25.4mm×25.4mm×20mm或更大体积的铈掺杂硅酸(钇)镥连续晶块(非阵列)，专利US7166845所公开的退火方法已无法获得性能均匀、光输出高的铈掺杂硅酸(钇)镥晶块。因为，当晶块的尺寸超过20mm(最短的方向)时，氧原子不能充分扩散进入晶体中，无法有效消除晶体中的氧空位缺陷，导致晶体边缘部分光产额高、中心部分光产额低；若增加退火时间或升高退火温度，则会出现如专利US7166845所指出的那样晶体会因过度氧化而变黄。尽管还可以在制备铈掺杂硅酸(钇)镥晶体毛坯时增加生长气氛中的氧气含量来减少晶体氧空位缺陷密度，但这会增加坩埚氧化速度(铱金成本高昂，钨钼坩埚不能使用氧化气氛)，同时生长气氛中氧气含量过高也会导致晶体过度氧化而变黄。因此，在制备大体积硅酸(钇)镥闪烁晶体单元时现有技术难以解决氧空位缺陷密度过高与过度氧化导致晶体发黄的矛盾，无论氧空位缺陷密度高还是晶体发黄均会降低晶体光产额。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料及退火方法，本发明能够解决铈掺杂硅酸钇镥闪烁晶体在生长或退火过程中容易因过度氧化而发黄，产生375nm～525nm光谱范围内的光吸收，降低晶体光输出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料，化学通式为(MexCeyLuzY1-x-y-z)2SiO5，式中Me为Al、Ga中的一种或两种元素任意比例的组合；其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.01，0≤z≤1，且x+y+z≤1。
优选地，0.0003≤x≤0.001，且0.5≤x/y≤1.0。
进一步优选地，0.0005≤y≤0.003；0.8≤z≤1。
本发明还同时提供了上述Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，步骤如下，
(1)将切割好的晶体单元置入马弗炉中，并通入空气，或者通入惰性气体与O2的混合气体，混合气体中O2的含量高于10.0vol.％；
(2)马弗炉以小于100℃/小时的升温速率升至退火温度1100℃～1800℃；
(3)在退火温度下保温10小时～200小时；
(4)以小于50℃/小时的速率由退火温度降至室温，随后取出晶体单元，完成退火。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过在掺铈硅酸钇镥闪烁晶体中掺入Al或Ga元素，或者同时掺入这两种元素，可以使晶体中的铈离子价态更稳定，在1100℃～1800℃氧化气氛条件下退火不会因铈离子变价而发黄。
2、本发明的退火方法，可以对尺寸20mm(最短的方向)以上的Al、Ga与Ce共掺的硅酸钇镥闪烁晶体充分退火，消除氧空位缺陷，获得高的光输出。
附图说明
图1-本发明不同Al、Ga掺杂比例和不同退火参数下的晶体样品的透过率曲线。
具体实施方式
本发明公开了一种由Al、Ga与激活离子Ce共掺的硅酸钇镥闪烁晶体材料，在铈掺杂硅酸钇镥闪烁晶体中再掺入Al或Ga元素或者这两种元素任意的组合，提供掺杂改进的这种新型闪烁晶体材料的激活离子Ce3+价态更稳定，不会因过度氧化而发黄。本发明同时提供了一种更有效的退火方法来消除晶体中的氧空位缺陷，可实现尺寸20mm(最短的方向)以上晶块的充分退火。
本发明中闪烁晶体材料的化学通式为：(MexCeyLuzY1-x-y-z)2SiO5，式中Me为Al、Ga中的一种或两种元素以任意比例组合；其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.01，0≤z≤1，且x+y+z≤1。
当z＝0，即为硅酸钇晶体，当x+y+z＝0，即为硅酸镥晶体，其他情况为硅酸钇镥晶体，掺杂既可以是Al/Ce两种共掺、Ga/Ce两种共掺、Al/Ga/Ce三种共掺，故本发明闪烁晶体材料可以是Al/Ce共掺硅酸镥，Al/Ce共掺硅酸钇，Al/Ce共掺硅酸钇镥，Ga/Ce共掺硅酸镥，Ga/Ce共掺硅酸钇，Ga/Ce共掺硅酸钇镥，Al/Ga/Ce共掺硅酸镥，Al/Ga/Ce共掺硅酸钇，Al/Ga/Ce共掺硅酸钇镥这九种。
为了充分稳定晶体中Ce离子价态，防止晶体易被过度氧化而发黄，通式中x的优选范围为：0.0003≤x≤0.001，且0.5≤x/y≤1.0。为了保证晶体在退火后(低氧空位缺陷密度下)有较高的光产额，通式中y的优选范围为：0.0005≤y≤0.003；为了保证晶体有较高的密度和较大的有效原子序数，通式中z的优选范围为：0.8≤z≤1。
通式中Me离子既可以占据6配位阳离子格位，也可以占据7配位阳离子格位，产生的功效相同。
本发明的闪烁晶体材料的制备方法主要为熔体法，包括：提拉法、坩埚下降法(Bridgeman)、水平定向结晶法、导模法等，但不限于以上方法。为了获得大尺寸的优质单晶，优选的制备方法为提拉法。
采用提拉法生长此种晶体材料时所用的保护气氛应为He、Ar、N2或任意比例的混合气体，为了减少晶体中的氧空位缺陷密度需在生长气氛中混入少量的O2，O2比例不超过2.0vol.％，否则铱金坩埚会被强烈氧化而损坏。若采用其他生长方法制备此种晶体，例如水平定向结晶法，生长气氛应为Ar或He。在低O2含量(小于2.0vol.％)气氛或者惰性气氛(He、Ar、N2或二者的混合气体)下制备该种晶体材料仍然存在大量氧空位缺陷，光产额较低。
为了进一步消除晶体中的氧空位缺陷，本发明提出了一种针对该晶体材料的退火处理方法，包含以下四个步骤：
(1)将切割好的晶体单元置入马弗炉中，并通入空气，或者通入Ar、He、N2与O2的混合气体，其中O2的含量高于10.0vol.％；
(2)马弗炉以小于100℃/小时的升温速率升温，升温至退火温度1100℃～1800℃；
(3)在退火温度下保温10小时～200小时；
(4)以小于50℃/小时的速率降温至室温，随后取出晶体单元。
上述步骤(1)中的晶体单元的形状和尺寸没有限制，主要取决于最终使用时所需的形状和尺寸；气氛最优为空气，既能达到退火所需的功效，也能节省成本；压力最优为1个大气压，或1±0.2个大气压；
上述步骤(2)中的升温速率最优为60℃/小时～80℃/小时，升温速率低于60℃/小时并不影响退火功效，但会增加时间；升至的退火温度最优为1450℃～1700℃，温度越低步骤(3)恒温所需的时间越长。
上述步骤(3)中的恒温时间最优为48小时～160小时，恒温的时间取决于晶体的尺寸和步骤(2)中的最高温度，尺寸越大、温度越低则恒温时间越长。
上述步骤(4)中的降温速率最优为20℃/小时～40℃/小时，降温速度太快晶体容易残留热应力，引起开裂；降温速率太慢，尽管不影响退火的功效，但会增加时间。
本发明的Me(Me为Al、Ga中的一种或二者的组合)和Ce共掺的硅酸钇镥闪烁晶体材料与美国专利US6624420B1、美国专利US61624227P0、美国专利US6278832所发明的硅酸(钇)镥闪烁晶体材料的区别在于：①本发明中的Al、Ga离子作为一种有利掺杂离子，可以稳定激活离子Ce3+的价态，防止晶体过度氧化而发黄，最佳浓度范围为300ppm到1000ppm，且与Ce离子浓度的比例应控制在0.5到1.0之间；②美国专利US6624420B1所发明的闪烁晶体材料不含有Al、Ga这两种元素；③美国专利US61624227P0和美国专利US6278832发明的闪烁晶体材料中Al、Ga离子仅被当做一种无效掺杂或有害杂质，限定其浓度最优不超过10ppm，且未给出与Ce离子浓度间的最优比例关系，发明者并未发现Al、Ga离子具备稳定Ce离子价态的作用。
本发明的退火方法与美国专利US7151261B2的区别在于：①本发明的退火方法只针对本发明的Me(Me为Al、Ga中的一种或二者的组合)和Ce共掺的硅酸钇镥闪烁晶体材料有效，即：采用本发明的退火方法对不含有Al、Ga元素掺杂的掺铈硅酸钇镥闪烁晶体退火可导致晶体发黄；②本发明的退火方法对晶体的尺寸没有限制，特别是能够实现20mm以上的大尺寸晶体的充分退火以消除氧空位缺陷，且不会出现因过度氧化而变黄的现象；而美国专利US7151261B2所公开的退火方法只能对尺寸小于20mm或至少有一个方向上的尺寸小于20mm的晶体有效；③本发明的退火方法的最优退火温度为1450℃～1700℃，而美国专利US7151261B2所公开的退火方法的退火温度为1100℃～1400℃，若温度超过1400℃则会导致晶体过度氧化而发黄。
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
根据化学式(Al0.0005Ce0.001Lu0.9Y0.0985)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Al2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1700℃，恒温60小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S1抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表1所示。
为了对比Al掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1700℃、恒温时间为60小时，标记为P1样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P1样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表1所示。
根据表1测试结果可以看到，无Al掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1700℃、退火时间增加到60小时后，样品P1的透过率下降到～61％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Al元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1700℃、退火时间增加到60小时，样品S1的透过率可达～82.8％，相对光输出610。
表1 S1、P1和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000061
实施例2：
根据化学式(Ga0.0005Ce0.001Lu0.9Y0.0985)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Ga2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1700℃，恒温60小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S2抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表2所示。
为了对比Ga掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1700℃、恒温时间为60小时，标记为P1样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P1样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表2所示。
根据表2测试结果可以看到，无Ga掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1700℃、退火时间增加到60小时后，样品P1的透过率下降到～61％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Ga元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1700℃、退火时间增加到60小时，样品S2的透过率可达～83.0％，相对光输出600。
表2 S2、P1和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000071
实施例3：
根据化学式(Al0.0008Ce0.001Lu0.9Y0.0982)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Al2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1600℃，恒温70小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S3抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表3所示。
为了对比Al掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1600℃、恒温时间为70小时，标记为P2样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P2样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表3所示。
根据表3测试结果可以看到，无Al掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1600℃、退火时间增加到70小时后，样品P2的透过率下降到～62.5％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Al元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1600℃、退火时间增加到70小时，样品S3的透过率可达～82.6％，相对光输出606。
表3 S3、P2和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000081
实施例4：
根据化学式(Ga0.0008Ce0.001Lu0.9Y0.0982)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Ga2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1600℃，恒温70小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S4抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表4所示。
为了对比Ga掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1600℃、恒温时间为70小时，标记为P2样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P2样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表4所示。
根据表4测试结果可以看到，无Ga掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1600℃、退火时间增加到70小时后，样品P2的透过率下降到～62.5％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Ga元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1600℃、退火时间增加到70小时，样品S4的透过率可达～82.6％，相对光输出606。
表4 S4、P2和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000091
实施例5：
根据化学式(Al0.001Ce0.001Lu0.9Y0.098)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Al2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1450℃，恒温80小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S5抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表5所示。
为了对比Al掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1450℃、恒温时间为80小时，标记为P3样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P3样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表5所示。
根据表5测试结果可以看到，无Al掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1450℃、退火时间增加到80小时后，样品P3的透过率下降到～63.2％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Al元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1450℃、退火时间增加到80小时，样品S5的透过率可达～82.0％，相对光输出604。
表5 S5、P3和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000101
实施例6：
根据化学式(Al0.0005Ga0.0005Ce0.001Lu0.9Y0.098)2SiO5所规定的原料组成，按照化学计量比称取Al2O3、Ga2O3、CeO2、Lu2O3、Y2O3和SiO2粉末原料，纯度均为99.995％，总质量为5.0kg，采用提拉法生长直径为50mm的晶体。生长过程中通入比例分别为99.0vol.％的N2和1.0vol.％的O2的混合气体作为保护气氛，拉速为1.5mm/小时，转速为15rpm，降温时间为30小时。将晶体切割成30mm×30mm×30mm的立方块放入马弗炉中退火，按照70℃/小时的速率升温至1450℃，恒温80小时，再以40℃/小时的速率降温至室温，并取出晶体；从晶体的中心部分取10mm×10mm×2mm的样品S6抛光后测试其透过率(400nm～800nm)和相对光输出，测试结果如表6所示。
为了对比Al、Ga掺杂的功效，采用相同工艺参数生长了组分为(Ce0.001Lu0.9Y0.099)2SiO5的晶体，切割出两片尺寸为10mm×10mm×2mm样品进行退火，升温速率为70℃/小时，降温速率为40℃/小时。其中一片退火温度为1450℃、恒温时间为80小时，标记为P3样品；另一片样品退火温度为1100℃、恒温时间为48小时，标记为ST样品(标准样品)。P3样品和ST样品的透过率和相对光输出结果如表6所示。
根据表6测试结果可以看到，无Al、Ga掺杂的掺铈硅酸钇镥晶体样品ST在1100℃下退火后透过率～82.5％，相对光输出600；退火温度提升到1450℃、退火时间增加到80小时后，样品P3的透过率下降到～63.2％，晶体因过度氧化而发黄，光输出降低。掺入Al、Ga元素后，尽管退火晶体的尺寸达到了30mm×30mm×30mm，退火温度提升到1450℃、退火时间增加到80小时，样品S6的透过率可达～82.3％，相对光输出601。
表6 S6、P3和ST样品参数及性能对比
Figure BDA0003695772040000111
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料，其特征在于：闪烁晶体材料的化学通式为：（MexCeyLuzY1-x-y-z）2SiO5，式中Me为Al、Ga中的一种或两种元素任意比例的组合；其中0＜x≤0.005，0＜y≤0.01，0≤z≤1，且x+y+z≤1。
2.根据权利要求1所述的一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料，其特征在于：0.0003≤x≤0.001，且0.5≤x/y≤1.0。
3.根据权利要求2所述的一种Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料，其特征在于：0.0005≤y≤0.003；0.8≤z≤1。
4.权利要求1所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤如下，
（1）将切割好的晶体单元置入马弗炉中，并通入空气，或者通入惰性气体与O2的混合气体，混合气体中O2的含量高于10.0 vol.%；
（2）马弗炉以小于100℃/小时的升温速率升至退火温度1100℃~1800℃；
（3）在退火温度下保温10小时~200小时；
（4）以小于50℃/小时的速率由退火温度降至室温，随后取出晶体单元，完成退火。
5.根据权利要求4所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤（2）的升温速率为60℃/小时~80℃/小时，退火温度为1450℃~1700℃。
6.根据权利要求4所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤（3）的保温时间为48小时~160小时。
7.根据权利要求4所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤（4）中降温速率为20℃/小时~40℃/小时。
8.根据权利要求4所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤（1）中所述惰性气体为Ar、He或N2。
9.根据权利要求4所述的Al、Ga/Ce共掺硅酸钇镥闪烁晶体材料退火方法，其特征在于：步骤（1）中马弗炉通入空气或者混合气体后压力为0.8-1.2个大气压。
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