CS218034B1

CS218034B1 - Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaného ionty ceru

Info

Publication number: CS218034B1
Application number: CS684181A
Authority: CS
Inventors: Jiri Kvapil; Josef Kvapil; Rudolf Autrata; Petr Schauer
Original assignee: Jiri Kvapil; Josef Kvapil; Rudolf Autrata; Petr Schauer
Priority date: 1981-09-16
Filing date: 1981-09-16
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaných ionty ceru, jako dokonalý materiál pro scintilátory pro použití v ultravakuových zařízeních, jako· jsou elektronové mikroskopy pěstováním z taveniny, sestávající z kysličníků yttria, ceru a hliníku v atomárním poměru Y : Ce : : Al = 1,01 až 0,98 :0,015 až 0,001 : 1 v 0- chranné atmosféře vzácného plynu a vodíku a následujícím zahříváním při teplotě 1500 až 1800 °C ve vakuu nebo atmosféře s obsahem alespoň 1 obj. % vodíku a dalším, tepelným zpracováním při teplotě 1000 až 1300 °C v atmosféře volného kyslíku.

Description

(54) Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaného ionty ceru

Způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaných ionty ceru, jako dokonalý materiál pro scintilátory pro použití v ultravakuových zařízeních, jako· jsou elektronové mikroskopy pěstováním z taveniny, sestávající z kysličníků yttria, ceru a hliníku v atomárním poměru Y : Ce :

: Al = 1,01 až 0,98 :0,015 až 0,001 : 1 v 0chranné atmosféře vzácného plynu a vodíku a následujícím zahříváním při teplotě 1500 až 1800 °C ve vakuu nebo atmosféře s obsahem alespoň 1 obj. % vodíku a dalším, tepelným zpracováním při teplotě 1000 až 1300 °C v atmosféře volného kyslíku.

Vynález se týká způsobu přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaného ionty ceru — YAIO3: Ce — vhodného pro detekci ionizujícího' záření, především elektronů a vyznačujícího se krátkou dobou dosvitu.

Monokrystaly yttritohlinitého perovskitu dotované ionty ceru jsou podobně jako monokrystaly yttritohlinitého granátu dotované ionty ceru vhodným materiálem pro detekci elektronů. Jsou tedy použitelné jako scintilátor, měnící elektronové záření ve světelné záření. Proti monokrystalům yttrlthhlinitého granátu mají vyšší chemickou a mechanickou odolnost a lze je výhodně použít ve vakuových zařízeních, jako jsou elektronové mikroskopy. Další jejich výhodou je i jejich vyšší růstová rychlost, možnost dotace větším množstvím iontů ceru a i vlnová délka emitovaného světla (3,70 nm) Je výhodnější pro běžné fotonásobiče. Při dosud známých a používaných postupem jejich pěstování dochází však ke vzniku většího množství krystalografických poruch. Jevilo se proto účelným nalézt takový způsob přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu dotovaných ionty ceru, který by umožnil získat monokrystaly, poskytující dokonalý materiál pro scintilátory pro použití v ultravakuových zařízeních, jako jsou elektronové mikroskopy.

Cíle bylo dosaženo tímto vynálezem způsobu přípravy monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, dotovaných ionty ceru, pěstováním z taveniny, jehož podstata spočívá v tom, že monokrystaly se pěstují s taveniny, obsahující kysličníky yttria, ceru a hliníku v atomárním poměru Y : Ce : Al = 1,01 až 0,98 : 0,015 až 0,001 : 1 v atmosféře sestávající z 90 až 99 obj. % vzácného plynu jako je argon a 10 až 1 obj. % vodíku, načež po ochlazení na pokojovonu teplotu se zahřívají při teplotě 1500 až 1800 °C po dobu 90 min. až 50 hod. v atmosféře, obsahující nejméně 1 obj. % vodíku nebo ve vakuu s tlakem zbytkových plynů nejvýše 10^-2 Pa a znovu se pak zahřívají v atmosféře obsahující 0,5 až 100 obj. % kyslíku při teplotách 1000' až 11500 °C po dobu 1 až 25 hod., případně před zahříváním v atmosféře obsahující 0,5 až 100 obj. % kyslíku se opracují na požadovaný tvar, nebo zahřívání v atmosféře obsahující alespoň 1 obj. % vodíku se provádí v atmosféře, v níž byl monokrystal pěstován.

Pří pěstování monokrystalů yttritohlinitého perovskitu v atmosféře obsahující vzácný plyn a vodík dojde k jejich úplnému vyčištění od iontů manganu, železa, kobaltu a niklu, které jsou jako stopové nečistoty ve výchozích surovinách obvykle obsaženy a které velmi silně zhášejí luminiscenci iontů ceru. Protože při pěstování dochází stykem taveniny s kelímkovým materiálem k vzniku nadbytku kovových iontů v rostoucím monokrystalu, což podporuje vznik baravených center, která jednak snižují světelnou propustnost monokrystalu, jednak zhášejí luminiscenci ceru, je nutné je odstranit v atmosféře obsahující vodík nebo ve vakuu na teplotu 1500 až 1890 °C.

V monokrystalech však po této operaci zůstávají ještě vakance po kyslíku, které jsou možnými akceptory elektronů při ozáření, což vyvolává prodloužení doby dosvitu. Proto je nutný závěrečný ohřev v atmosféře obsahující volný kyslík a to při nižší teplotě, kdy plastické deformace monokrystalu je nepodstatná a oxidace ceritých iontů na ionty ceričlté je nevýrazná.

Podle vynálezu lze z kysličníku hlinitého a yttritého, obsahujících jistá spektrálně zanedbatelná množství nečistot, jako manganu, železa, kobaltu nebo niklu připravit monokrystaly yttritohlinitého perovskitu obsahujících čeřité ionty s mimořádně vysokou luminiscenční účinností a krátkou dobou dosvitu při detekci_ elektronového záření, což je výhodné pro použití v elektronových mikroskopech.

Příklad 1

Byly pěstovány monokrystaly yttritohlinitého perooskitu s obsahem 0,2 at. % ceru, vztaženo na yttrium, Stockbargerovou metodou v molybdenovém kelímku s kónickým dnem o průměru 30 mm. Tavenina měla složení Y2O3: C0O2 : AI2O3 = 0,99 : 0,01 : 1. Bylo pěstováno v ochranné atmosféře o složení 97 obj. % argonu a 3 obj. % vodíku. Vzniklý monokrystalický váleček po odřezání okrajových částí byl rozřezán na destičky o průměru 29 mm a síle Ί mm. Destičky po pečlivém očištění byly zahřívány při teplotě 1750 °C ve vakuu 5 .10~³ Pa po dobu 6 hodin. Takto tepelně zpracované destičky byly poté zahřívány na vzduchu při teplotě 1380 °C po dobu 24 hodin. Postup se jevil jako optimální pro materiál pro použití v elektronovém rastrovacím mikroskopu.

P ř í k 1 a d 2

Byly pěstovány monokrystaly yttritohlinitého peirooskitu Czochralskiho metodou tažením z taveniny o složení (Y₀,9Ce₀,i)2O3: : AI2O3 = 1:0,98 v ochranné atmosféře o složení 9,3 obj. % hélia a 7 obj. % vodíku. Monokrystaly byly pěstovány rychlostí 2 mm/h při 50 ot/h. Po vypěstování byl monokrystal odtržen od taveniny a teplota byla snížena na 1700 °C a současně byl v aparatuře zvýšen tlak o 0,01 MPa přidáním čistého vodíku. Pří uvedené teplotě 1700 °C byl monokrystal ponechán po dobu 20 hodin¹ a poté byla teplota postupně snižována až na teplotu pokojovou. Připravený monokrystal byl poté zahříván na vzduchu při teplotě 1420 °C po dobu 8 hodin a postupně pak ochlazen na pokojovou teplotu. Z takto upraveného monokrystalu byly zhotoveny jednostranně leštěné destičky o průměru 29,5 milimetrů a síle 0,5 mm. Destičky byly úspěšně použity jako scintilátor v elektronovém rastrovacím mikroskopu.

Claims

PŘEDMĚT

Způsob přípravy monokrystalů yttritoblihitého perovskitu, dotovaných ionty ceru, pěstováním z taveniny, vyznačený tím, že monokrystaly se pěstují z taveniny, obsahující kysličníky yttria, ceru a hliníku v atomárním poměru Y : Ce : AI = 1,01 až 0,98 :

: 0,015 až 0,001:1 v atmosféře sestávající z 90 až 99 Obj. % vzácného plynu jako je například argon a 10 až 1 obj. °/o vodíku, načež po ochlazení na pokojovou teplotu se zahřívají při teplotě 1500 až '1800 °C po dobu 90 minut až 50 hod. v atmosféře obsahující nejvynAlezu méně 1 obj. % vodíku nebo ve vakuu s tlakem zbytkových plynů nejvýše 10~² Pa a znovu se zahřívají v atmosféře obsahující 0,5 až 10C obj. % kyslíku při teplotách 1000 až 1500 °C po dobu 1 až 25 hod., případně před zahříváním v atmosféře obsahující 0,5 aiž 100 obj. % kyslíku se opracují na požadovaný tvar nebo zahřívání v atmosféře obsahující alespoň 1 obj. °/o vodíku se provádí v atmosféře, v níž byl monokrystal pěstován.