K~+对LYSO:Ce晶体结构、缺陷及闪烁性能影响

【作者】 邱鹏； 薛中军； 李诚逸； 张傲尘； 赵书文； 郑祥； 张喆； 丁栋舟；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所； 中国科学院大学；

【摘要】 Lu_1.8Y_0.2Si O₅:Ce （LYSO:Ce）晶体因其高光输出、短衰减时间和快速上升时间而成为目前商用TOF-PET应用的首选材料。然而,为满足新一代TOF-PET成像需求,LYSO:Ce光输出还不够高,衰减时间还不够快。提高光输出,加快衰减时间对TOF-PET更新迭代具有重要意义。本研究采用微下拉法制备K⁺共掺杂LYSO:Ce晶体,其中K⁺浓度分别为0、0.2、0.6和1.0 atom%。结果表明,当K⁺浓度为0.6 atom%时,闪烁性能同时得到优化。与LYSO:Ce样品相比,掺杂0.6 atom%K的LYSO:Ce光产率提高约12.6%,最快闪烁衰减时间缩短至38.3 ns,余辉水平降低了1.4倍。K⁺取代Lu³⁺格位,但未发现Ce³⁺向Ce⁴⁺转变。同时,本工作讨论光学和发光性能与K⁺掺杂浓度的关系。Ce2的发光贡献随K+浓度的升高而增强。此外,对载流子陷阱表征发现,浅陷阱浓度与衰减时间呈正相关,深陷阱浓度与光输出呈负相关,与余辉强度呈正相关。对LYSO:Ce晶体中K⁺共掺杂的研究可以为未来共掺杂的选择提供更好的指导性意见。更多还原