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CsI晶体及掺杂CsI晶体为重要的无机闪烁体,与目前广泛使用的半导体光电二极管光学匹配很好,在射线探测中有很广阔的应用。
本文对CsI和CsI:T1以及通过离子注入方法掺杂Pb2+得到的CsI(Pb)和CsI:T1(Pb)进行了光谱测量,研究了晶体的光谱特性。并对注入Pb2+前后的晶体进行了XRD检测,探索了离子注入这种掺杂方法。
室温下,CsI:T1晶体的吸收谱在230-320nm范围内有3个特征峰:310nm(4eV)、270nm(4.6eV)和245nm(5.1eV)。吸收主要在紫外区,在可见光区透过率较高。根据文献,310nm(4eV)的吸收带对应于杂质T1+的吸收;270nm(4.6eV)归属于I-5p->T1+6p的跃迁,为两个离子间电荷转移吸收峰;245nm(5.1eV)对应于T1+扰动的自陷激子的吸收。室温下,采用3种不同激发能量(310,270和250nm)激发的PL谱相同,均含有550nm和400nm的发光峰。经分峰计算,PL含有4种熟知的3.09eV、2.55eV和2.25eV、2.1eV发光组分。其中3.09eV来自于T1+的原子内(intra-atom)能级的跃迁发光,2.55eV和2.25eV来源于两种不同结构的T1+扰动off-center STE发光(简写为T1+-STE),而2.1eV发光组分来源于T12++-STE的发射。在230-320nm之间的吸收谱与主发光峰2.25eV、3.09eV的激发谱基本一致。
为了探索离子注入杂质激活闪烁体的情况,对离子注入Pb2+的闪烁体进行了光谱测量。发现注入Pb2+后晶体CsI和CsI:T1的发光强度明显增大,400nm发光带比注入前谱峰突出,并且PL谱形状不受退火温度的影响。所以说光强度的增大以及400nm发光带变化和注入的Pb2+有直接关系。但是注入的Pb2+对CsI:T1的影响相对于CsI较小。对晶体进行的XRD检测结果表明CsI晶体在生长引入杂质或离子注入引入杂质后,晶体的的结构发生了变化。晶体中出现了非晶层。离子注入量越大,非晶化越严重。