CS255746B1

CS255746B1 - Melt for the cultivation of yttritium aluminum perovskite monocrystals activated by trivalent rare earth ions

Info

Publication number: CS255746B1
Application number: CS694286A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Perner; Jiri Kvapil; Josef Kvapil
Original assignee: Bohumil Perner; Jiri Kvapil; Josef Kvapil
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-03-15

Abstract

Tavenina pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, aktivovaného trojmocnými ionty vzácných zemin tažením z wolframového nebo molybdenového kelímku ve vakuu nebo ochranné atmosféře z argonu s 2 až 40 7» vodiku, z níž vypěstovaná monokrystaly mají vysokou luminiscenční účinnost a přitom nevykazují stárnutí během využití, kdy jsou vystaveny silným světelným tokům, případně záření s výraznými ionizujícími účinky, která sestává, vyjádřeno v gramiontech ze složek odpovídající vztahu (Y+Re) : Al : X= 1 s 1 + 0,05 : 1,5.10-6 až 7.1Ο-5, kde Y je yttriům, Re vzácné zeminy, Al hliník a X prvky 4b skupiny Mendělejovovy periodické tabulky prvků.A melt for growing single crystals of yttrium aluminum perovskite, activated by trivalent ions of rare earths by drawing from a tungsten or molybdenum crucible in a vacuum or protective atmosphere of argon with 2 to 40% hydrogen, from which the grown single crystals have high luminescent efficiency and do not show aging during use when exposed to strong light fluxes, or radiation with significant ionizing effects, which consists, expressed in gram ions, of components corresponding to the relationship (Y+Re) : Al : X= 1 with 1 + 0.05 : 1.5.10-6 to 7.1Ο-5, where Y is yttrium, Re rare earths, Al aluminum and X elements of group 4b of Mendeleev's periodic table of elements.

Description

Vynález se týká taveniny pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, aktivovaného trojmocnými ionty vzácných zemin, se zvýšenou luminiscenční účinností.The present invention relates to a melt for the cultivation of yttrium-aluminum perovskite monocrystals activated with rare earth trivalent ions with increased luminescence efficiency.

Yttritohlinitý perovskit, aktivovaný ionty vzácných zemin je perpektivním materiálem jednak pro laserové účely, kde jako aktivátory jsou použity například neddym, erbiu®, holmium, jednak pro scintilační účely s aktivátory například cerem nebo terbiem. V obou případech slouží monokrystaly ke konverzi záření. Při působení záření ha monokrystaly, ač již jde o záření elektronové, rentgenové, ultrafialové, viditelné nebo i blízké infračervené, dochází i u iontů dostatečně stabilních v trojmocné formě, jako jsou například ionty neodymité, vlivem bodových defektů, jejichž koncentrace 'je v reálném krystalu vždy v rovnovážném stavu s mřížkou, k změně mocenství aktivátorů na čtyřmocné, nebo alespoň ke vzniku děrovéhe áfefaktu v kyslíkovém sousedství aktivních iontů, které lze formálně popsat jako pseudočtyřmocenství aktivátorů. Tím se pak v monokrystalu vytvářejí barevná centra, která působí zhášení luminiscence á snižuje se tak účinnost laserů i scintilátorů.Yttrium-aluminum perovskite, activated by rare earth ions, is a prospective material for laser purposes, where activators are, for example, neddym, erbium®, holmium, and for scintillation purposes with activators such as cerium or terbium. In both cases, single crystals serve to convert radiation. When exposed to single-crystal radiation, whether electron, X-ray, ultraviolet, visible or even near-infrared, ions are sufficiently stable in trivalent form, such as neodymium ions, due to point defects whose concentration is always in the real crystal in equilibrium with the lattice, to change the valency of the activators to tetravalent, or at least to create a hole effect in the oxygen neighborhood of the active ions, which can be formally described as the pseudocycle of activators. This creates color centers in a single crystal, causing quenching of luminescence and reducing the efficiency of both lasers and scintillators.

Tento nežádoucí stav lze odstranit taveninou pro pěstování monokrystalů yttritohlinitého perovskitu, aktivovaného trojmocnými ionty vzácných zemin, tažením z wolframového nebo molybdenového kelímku ve vakuu nebo ochranné atmosféře, sestávající z argonu s 2 až 40 % vodíku, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že složení taveniny, vyjádřeno v graoiontech, odpovídá vztahu (Y+Re) : Á1 : I» 1 : 1 + 0,05 : 1,5 x 10”⁶ až 7 x 10”⁵, kde Y je yttrium, Re vzácné ženiny, Al je hliník a Σ jsou prvky 4b skupiny Medělejevový periodické tabulky prvků.This undesirable condition can be remedied by the melt for the cultivation of rare earth alloys of yttrium-aluminum perovskite, activated by trivalent rare earth ions, by drawing from a tungsten or molybdenum crucible in a vacuum or protective atmosphere consisting of argon with 2-40% hydrogen according to the invention. the composition of the melt, expressed in graoions, corresponds to the formula (Y + Re): 11: 1 1 1: 1 + 0.05: 1.5 x 10 ” ⁶ to 7 x 10 ” ⁵ , where Y is yttrium, Re rare women, Al is aluminum and Σ are elements 4b of the Medeleyev Periodic Table of the Elements.

Prvky 4b skupiny jsou stabilní v čtyřmocnéra stavu a zaplní zm/něná defektní nísta v monokrystaly a způsobí tak, že kladné náboje (díry) se nenohou lokalizovat na trojmocných iontech aktivátoru a ty zůstanou v troj mocné formě a proto ani nevzniknou nežádoucí barevná centra. Ionty prvků 4b skupiny jsou nejen účinnými akceptory děr, ale zároveň také poněkud usnadňují růst monokrystalů v shora uvedené atmosféře.The group 4b elements are stable in a tetravalent state and fill the altered defective hearths in single crystals, causing the positive charges (holes) to not be located on the trivalent activator ions and these remain in the trivalent form, and therefore undesirable color centers. The ions of group 4b elements are not only effective acceptors of the holes, but also somewhat facilitate the growth of single crystals in the aforementioned atmosphere.

Způsobem při použití taveniny podle vynálezu lze vypěstovat monokrystaly yttritohlinitého perovskitu aktivovaného trojmocnými ionty vzácných zemin, které mají vysokou luminiscenční účinnost a přitom nevykazují stárnutí během využití, kdy jsou vystaveny silným světelným tokům, případně záření s výraznými ionizujícími účinky.The melt process of the present invention can be used to produce single-trivalent rare earth yttrium aluminum perovskite monocrystals having high luminescence efficacy while not exhibiting aging during use when exposed to strong luminous fluxes or radiation with significant ionizing effects.

Příklad 1Example 1

V pěwtovací peci s odporovým wolframovým topením a molybdenovým stíněním byla v molybdenovém kelímku o obsahu 400 ml pod ochrannou atmosférou složenou ze 75 obj.% argonu a 25 obj.% vodíku připravena tavenint. o složení 1 gion hliníku + 0,9873 giontu yttria + 1,27.10”^ gionťů neddymu a 5.10”^ giontů zirkonu, z níž byl rychlostí 5 fflffl/h tažen monokrystal yttritohlinitého perovskitu aktivovaného neodymem. Z monokrystalu byl zhotoven, laserový výbrus o průměru 6 mra a délce 100 mm, který měl v srovnání z obdobně připraveného monokrystalu, avšak bez příměsi zirkonu, účinnost o 15 + 3 % vyšší, t.j. měřeno například v pulsním laseru činila výstupní energie při čerpání energií 48 J 0,81 J proti 0,70 JIn a melting furnace with resistance tungsten heating and molybdenum shielding, a tavenint was prepared in a 400 ml molybdenum crucible under a protective atmosphere consisting of 75 vol% argon and 25 vol% hydrogen. A composition of 1 gion of aluminum + 0.9873 g of yttrium + 1.27 * 10 < 5 > From a single crystal was made, a laser cut with a diameter of 6 mra and a length of 100 mm, which compared to a similarly prepared single crystal, but without zirconium admixture, efficiency of 15 + 3% higher, ie measured in pulsed laser 48 J 0.81 J vs 0.70 J

Příklad 2 v z —2Example 2 in z -2

V obdobné peci jako v příklddu 1, ale ve vakuu 1,2.10 Pa pěetován z taveniny o složení 1 gion hliníku + 0,95 giontů yttria + 5.10“ giontů ceru + 5.10” giontů thoria, monokrystal yttritohlinitého perovskitu aktivovaného cerem.In a similar furnace to Example 1, but under a vacuum of 1.2.10 Pa, melt sealed with 1 gion aluminum + 0.95 yttrium gions + 5.10 "cerium gions + 5.10" thorium ions, a cerium-activated yttrium aluminum perovskite single crystal.

IAND

255 746255 746

Z monokrystalu byly nařezány destičky tloušťky 1 mm o průměru 10 mm. Při měření scintilační účinnosti na /3-záření o energii 10 keV bylo zjištěno, že za stejných podmínek je účinnost o 20 % vyšší než u obdobného materiálu připraveného bez přítomnosti thoria.*Plates of 1 mm thickness with a diameter of 10 mm were cut from the single crystal. Measurements of 10 keV scintillation efficiency at 10 keV showed that under the same conditions the efficiency was 20% higher than that of similar material prepared in the absence of thorium. *

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Melt for the cultivation of yttrium-aluminum perovskite monocrystals activated by trivalent rare earth ions by drawing from a tungsten or molybdenum crucible in a vacuum or protective atmosphere consisting of argon with 2 to 40% hydrogen, characterized in that the melt composition expressed in gram + Re): Al: X = 1: 1 + 0.05. : 1,5.10 ^-6 to 7.10 ⁵ wherein Y is yttrium, rare earth R, aluminum Al and the X elements 4b groups of Mendeleyev's periodic table of elements.

Printed by Moravian printing works, center. 11 100, three People's Militia 3, Olomouc

Price: 2,40 Kčs