镓掺杂钇铝石榴石（YAG:Ce）闪烁体：快速发光衰减与光产额增强机制研究

本研究系统探讨了镓（Ga）含量对Y3(Al1?xGax)5O12:Ce闪烁体性能的影响，通过时间分辨光谱技术揭示了Ga掺杂提升光产额（LY）和加速发光衰减的协同机制，为高性能快速闪烁体设计提供了关键理论依据。

　　

Highlights

样品

通过丘克拉斯基法（Czochralski method）生长了八组Ga含量（x值从0至1）的Y₃(Al_1?xGa_x)₅O₁₂:Ce单晶样品，采用高纯度氧化物原料并在富镓条件下补偿挥发损失，确保晶体化学计量精度。

吸收光谱

样品的吸收光谱显示Ce³⁺离子从基态⁴F到激发态5d₁和5d₂的跃迁特征峰，以及紫外区Ce⁴⁺电荷转移带。Ce³⁺吸收强度随Ga含量增加而变化，反映了局域晶场环境与Ce离子价态分布的关联性。

讨论

Ga掺杂通过下移导带底能量（conduction band downshift）"埋葬"电子陷阱能级，抑制非辐射复合通道。尽管热淬灭激活能降低，但x≈0.6时光产额仍提升，表明存在增强Ce³⁺辐射跃迁的附加机制（如载流子局域化效应）。衰减时间与光产额的比值（快时序性能指标）在x≈0.5时最优。

结论

Arrhenius拟合揭示了Ga含量x≤0.66时的热淬灭激活能变化规律，证实热激发电子从Ce³⁺的5d₁能级至导带是主要淬灭途径。Y(Al,Ga)O₁₂:Ce的发光特性受导带调控与陷阱态湮灭双重机制支配，为开发高速闪烁体提供了材料设计方向。