钇镓铝石榴石中铈离子发光特性研究：镓含量对热猝灭与光产额的影响机制

本综述系统探讨了Y3(Al1?xGax)5O12:Ce（YGAG:Ce）闪烁体中镓含量对铈离子发光动力学的影响。通过时间分辨光致发光（PL）与阴极发光（CL）光谱技术，揭示了镓掺杂通过下移导带埋藏陷阱能级（bandgap engineering）进而提升光产额（LY）与衰减速度的机制，为开发高性能快时序闪烁体提供了关键理论依据。

　　

Highlight

Samples

我们研究了八个Y₃(Al_1?xGa_x)₅O₁₂:Ce单晶样品，其镓含量x范围从0到1。这些晶体采用切克劳斯基法（Czochralski method）在铱坩埚中生长而成，原料采用高纯度氧化物（99.99%）。对于含镓的晶体，我们在原料中额外添加了1%的Ga₂O₃以补偿烧损。

Absorption spectra

样品的吸收光谱（图1）显示出两个明显的吸收带，它们源于Ce³⁺离子从基态²F_5/2到两个最低激发态⁵d₁和⁵d₂的光学跃迁。在紫外区还可以观察到一个通常被解释为与Ce⁴⁺离子相关的电荷转移吸收带。Ce³⁺吸收带的强度取决于样品中铈的总含量及其在晶格中的占位情况。

Discussion

通过对吸收光谱和PL参数温度依赖性的分析，我们评估了镓含量对Y₃(Al_1?xGa_x)₅O₁₂:Ce能量结构的影响。对于低镓含量的样品，我们的测量表明热猝灭过程跨越单一能垒。首先，在YAGG:Ce闪烁体中，导致发光强度随温度升高而降低的猝灭过程主要有两种类型。

Conclusions

通过用阿伦尼乌斯公式拟合光致发光强度和衰减时间的温度依赖性，我们成功提取了镓含量x最高至0.66的Y₃(Al_1?xGa_x)₅O₁₂:Ce的热猝灭激活能。提取的激活能和吸收光谱使我们得出结论：在Y₃(Al_1?xGa_x)₅O₁₂:Ce中，电子从Ce³⁺的⁵d₁能级热激活至导带的过程主导了热猝灭，其重要性超过了Ce³⁺离子内部的非辐射跃迁。