Ga摻雜ZnO閃爍粉體制備及發(fā)光性能研究.pdf

1、Ga摻雜ZnO閃爍材料由于其在室溫條件下近紫外激子發(fā)射峰熒光衰減時(shí)間短和高的光輸出性能，非常適合在X射線、γ射線及α粒子探測方面應(yīng)用。本論文采用不同的實(shí)驗(yàn)方法制備了ZnO:Ga粉體，并且研究了粉體的發(fā)光性能，探討了不同制備方法、不同形貌ZnO：Ga粉體對發(fā)光性能的影響。
　　 論文采用沉淀法制備了不同形貌ZnO粉體，以碳酸氫銨為沉淀劑，二水合乙酸鋅提供鋅源，獲得的ZnO粉體呈現(xiàn)六棱棒狀結(jié)構(gòu)。以尿素為沉淀劑，二水合乙酸鋅提供鋅源，

2、用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，聚乙二醇-2000為改性劑，制備的ZnO粉體形貌變?yōu)榛罱Y(jié)構(gòu)，這是由于ZnO前驅(qū)體溶液中Zn(OH)2與(Zn(NH3)4)2﹢的比例不同導(dǎo)致了組成花狀結(jié)構(gòu)的ZnO微棒結(jié)構(gòu)從六棱棒狀結(jié)構(gòu)向紡錘狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。花狀結(jié)構(gòu)ZnO粉體的光致發(fā)光譜圖表明不同棒狀結(jié)構(gòu)組成的花狀ZnO均在380nm處存在近帶邊發(fā)射峰。
　　 本論文還討論了不同Ga摻雜量對ZnO粉體形貌及發(fā)光性能的影響。以已制備好的ZnO形貌為基礎(chǔ)，通過摻

3、雜不同量Ga制備了ZnO：Ga粉體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：六棱棒狀ZnO粉體中摻雜不同量Ga時(shí)，ZnO:Ga粉體形貌由六棱棒狀結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)向顆粒狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。室溫光致發(fā)光譜表明：隨著Ga摻雜量的增大ZnO:Ga粉體的發(fā)光性能減弱。當(dāng)花狀結(jié)構(gòu)ZnO粉體中摻雜不同量Ga時(shí)，通過X射線衍射分析結(jié)果看出ZnO：Ga粉體均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，無Ga2O3，ZnGa2O4等含鎵化合物的特征峰存在；掃描電鏡圖譜表明隨著Ga摻雜量的增大，ZnO粉體形貌由六棱棒狀

4、組成的花狀結(jié)構(gòu)向紡錘狀棒狀組成的花狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，當(dāng)Ga摻雜量達(dá)到3at％時(shí)，ZnO粉體呈片狀結(jié)構(gòu)。透射電鏡圖譜表明Ga摻雜量的增大，會(huì)使得ZnO:Ga粉體由單晶結(jié)構(gòu)向多晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變:室溫光致發(fā)光譜表明隨著Ga摻雜量的增大，ZnO:Ga粉體近帶邊發(fā)射峰(～380nm)產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，并且當(dāng)Ga摻雜量為1％時(shí)其發(fā)光性能最好。低溫發(fā)光譜圖表明在低溫6.5K時(shí)ZnO:Ga粉體的紫外發(fā)射峰的相對強(qiáng)度為室溫下發(fā)光強(qiáng)度的12倍，6.5k時(shí)發(fā)光峰的中心位置從

5、371nm藍(lán)移到369nm。最后對花狀結(jié)構(gòu)ZnO:Ga粉體進(jìn)行退火處理，結(jié)果表明：在氫氣氣氛中Ga摻雜量為1％時(shí)發(fā)光性能較好，近紫外發(fā)光峰的相對發(fā)光相對強(qiáng)度是未經(jīng)退火處理的ZnO：Ga粉體發(fā)光強(qiáng)度的2倍左右，在空氣氣氛中退火對發(fā)光性能并無明顯的影響。
　　 最后，論文主要探討了不同制備方法對ZnO：Ga粉體發(fā)光性能的影響。采用溶膠-凝膠法制備的ZnO：Ga粉體形貌為厚度大約為0.3μm的片狀結(jié)構(gòu)，室溫光致發(fā)光譜表明不同Ga摻雜量