掺杂ZnO超快闪烁晶体的生长研究

基于氘-氚原子核反应的小型加速器核探测仪广泛应用于医学影像、工业生产以及国土安全等领域。ZnO单晶以中等密度（ρ=5.6g/cm3）、潜在的高光输出及快衰减（τ﹤1ns）等优良特性成为备受关注的快闪烁材料。掺杂ZnO体系具有更好的闪烁性能和优良的化学和热稳定性，闪烁发光峰在390nm附近，能很好地与光电倍增管相匹配，是一种非常有潜力的α-粒子探测材料。但传统方法很难获得具有一定掺杂量的高质量ZnO单晶。本项目采用助熔剂-坩埚下降法生长Ga ，In等掺杂的ZnO超快闪烁晶体，优化生长工艺，研究掺杂离子及掺杂量与闪烁性能之间的关系，探索掺杂ZnO单晶在α粒子探测器上的应用。

ZnO晶体是超快闪烁材料，有望用于中子探测等领域。国际上主要采用水热法生长，但晶体质量和尺寸都不理想。本项目主要探索Ga3+、In3+、Mn3+等离子掺杂ZnO晶体的制备工艺，并尝试离子掺杂ZnO薄膜的制备和表征。采用助熔剂法生长了Mn:ZnO晶体，通过固相扩散方法制备了Ga:ZnO晶体样品，采用超声喷雾热解法在蓝宝石等衬底上制备了高质量In:ZnO薄膜。研究了助熔剂法生长的ZnO晶体的发光机理，氟离子对氧空位缺陷有一定的补偿作用。此外还开展了硅酸铋闪烁晶体及其掺杂研究，实验表明BSO闪烁晶体是潜在的快衰减闪烁材料。