非真空下降法生长氟化铈晶体的缺陷研究

【作者】 岳世海； 朱勇； 王威； 殷学技； 葛增伟； 潘裕柏；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 氟化铈（CeF₃）晶体密度高、响应速度快,曾是大型强子对撞机（LHC）探测器的主要候选材料,最终由于生长成本高等原因而被钨酸铅晶体取代。但随着LHC的运行,高能质子和介子能够对PbWO₄晶体透过率造成永久性的、累加的降低,最终影响其性能和使用。而CeF₃晶体中Ce和F的原子序数Z均小于71,没有累加的辐照损伤,因而再次引起了广泛的研究兴趣。由于CeF₃极易被氧化,因而目前的生长技术,无论是下降法或提拉法,通常采用高真空或者密闭装置中保护气氛等条件,成本较高,是制约CeF₃晶体发展与应用的主要障碍之一。本论文利用聚四氟乙烯作为除氧剂,结合原料的真空干燥预处理,在非真空条件下利用坩埚下降法生长出了透明的六方相CeF₃晶体,其发光峰位为300nm和340nm,对应的衰减时间分别为7ns和23ns,属Ce³⁺的4f-5d发光。价态分析表明晶体中Ce离子存在三价、四价的混合价态。通过SEM、EDS等分析手段进一步研究了除氧剂含量等参数对晶体缺陷的影响。更多还原