CsI-Tl光轉(zhuǎn)換機(jī)理及余輝特性的研究.pdf

1、對(duì)圖像探測(cè)器來(lái)說(shuō)，CsI:Tl閃爍體是所有已知閃爍材料中最好的選擇。光學(xué)性能好、低成本和易于生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)使它在未來(lái)將有廣闊的應(yīng)用前景。雖然科學(xué)工作者對(duì) CsI:Tl薄膜的鍍膜工藝、閃爍性能以及余輝特性上都有研究，但是對(duì) CsI:Tl薄膜的研究很不系統(tǒng)。本文從第一性原理和能帶理論入手分析摻雜離子Tl+和Eu2+對(duì)CsI:Tl晶體的能帶結(jié)構(gòu)的改變。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究制備工藝對(duì)CsI:Tl薄膜的薄膜質(zhì)量、閃爍特性的影響。除此之外，進(jìn)一步分析沉積速

2、率以及摻Eu2+濃度對(duì)CsI:Tl薄膜的余輝特性的影響。
　　理論部分，首先建立CsI:Tl晶胞模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以后計(jì)算出能帶結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)Tl+的摻入在價(jià)帶靠近禁帶處產(chǎn)生了新的能級(jí)，這些新能級(jí)為CsI晶體提供了新的發(fā)光中心，提高了CsI晶體的光轉(zhuǎn)換效率。CsI晶體同時(shí)摻入Tl+和Eu2+時(shí)，相比于 CsI:Tl晶體中又出現(xiàn)了新的能級(jí)，分別是位于禁帶的一個(gè)淺能級(jí)，位于價(jià)帶中的一個(gè)能級(jí)和位于價(jià)帶底的深能級(jí)。這些新的能級(jí)提供了新的發(fā)光

3、中心，而且深能級(jí)和淺能級(jí)都能有效的抑制CsI晶體中的余輝，這和實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是相符合的。
　　實(shí)驗(yàn)部分分別探索了不同影響因素對(duì) CsI:Tl薄膜的光轉(zhuǎn)換性能以及余輝性能的影響。通過(guò)掃描電子顯微鏡和 X射線衍射儀對(duì)薄膜表面形貌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沉積速率越快，薄膜越致密，晶粒越細(xì)。但是通過(guò) CsI:Tl薄膜的穩(wěn)態(tài)譜進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)薄膜的光轉(zhuǎn)換特性不僅與沉積速率有關(guān)還與Tl+的損失有關(guān)。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明越厚的薄膜光轉(zhuǎn)換特性越好，而預(yù)沉積相對(duì)直接

4、沉積對(duì)薄膜的發(fā)光性能也有明顯的改善。
　　采用穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)熒光光譜儀對(duì)不同沉積速率的CsI:Tl薄膜進(jìn)行熒光壽命的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示余輝時(shí)間隨沉積速率變快先下降再上升。分析發(fā)現(xiàn)這是由于薄膜中的缺陷數(shù)目和Tl+含量綜合影響的結(jié)果。用真空蒸發(fā)鍍膜法制備摻Eu2+的CsI:Tl薄膜。測(cè)試結(jié)果表明其激發(fā)譜和發(fā)射譜都有紅移的現(xiàn)象。通過(guò)分析不同 Eu2+濃度的CsI:Tl薄膜的熒光壽命譜，發(fā)現(xiàn)Eu2+對(duì)CsI:Tl薄膜的余輝產(chǎn)生了很大的抑制作用