Д.ф.м.н. Рандошкин В.В.

Институт общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия

Выращивание Tb-содержащих монокристаллических пленок феррит-гранатов для одновременной визуализации рентгеновского и нейтронного излучений

Монокристаллические пленки со структурой граната выращивают методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) из переохлажденных растворов-расплавов на основе PbO - B₂O и Bi₂O₃ - B₂O₃ [1,2]. Эпитаксиальные пленки тербий-содержащих гранатов давно рассматриваются как перспективные материалы для катод-люминесцентных экранов [3]. Исследование люминесценции этих материалов, возбуждаемой синхротронным излучением, позволяет надеяться на перспективы их использования для одновременной визуализации рентгеновского и нейтронного излучений [4], поскольку люминесценция тербия и гадолиния, возбуждаемая излучением разной природы, происходит на разных длинах волн.

Эпитаксиальные пленки, легированные тербием, выращивали из переохлажденного раствора-расплава на основе PbO - B2O3 на подложках ГГГ с ориентацией (111) [5]. Было выращено шесть серий эпитаксиальных Tb-содержащих пленок (по 4-7 образцов в каждой) с расчетной концентрацией тербия от 3.3 до 90 at. %.Максимальная скорость роста fg, наблюдавшаяся в экспериментах, достигала 1.12 мкм/мин, а максимальная толщина пленки - hmax = 53.3 мкм. В связи с этим для согласования параметров решеток эпитаксиальных пленок и подложки Gd₃Ga₅O₁₂ (ГГГ) в состав шихты вводили La₂O₃. При расчете состава шихты использовали коэффициенты распределения Gd и Tb, равные 1.50 и 1.58 соответственно.

При увеличении концентрации Tb4O7 температура насыщения раствора-расплава T_s понижается, а диапазон температур, в котором имеет место эпитаксиальный рост, сужается и смещается в область более низких температур.

Спектры пропускания пленок при комнатной температуре в диапазоне длин волн от 0.2 до 2.5 мкм с шагом 1 нм измеряли с помощью спектрофотометра Lambda 900 фирмы Perkin-Elmer.

Рис.1. Спектры оптического поглощения α(λ) для МПФГ (Tb,La,Gd)3Ga5O12 при комнатной температуре (кривые 1-3) и составляющие спектра, разложенного для более точного определения положения линий поглощения.

В спектрах оптического поглощения исследуемых пленок в диапазоне длин волн от 0.200 до 0.450 мкм наблюдаются полосы с максимумами на длинах волн λ ≈ 0.260, 0.280 и 0.340 мкм (рис.1). Широкая полоса поглощения с максимумом на λ ≈ 0.260 мкм соответствует разрешенному дипольному переходу между электронными конфигурациями 4f⁸(⁷F₆) → 4f⁷(⁸S)5d(⁷D) ионов Tb³⁺. Интенсивность этой полосы поглощения возрастает с ростом концентрации оксида тербия в растворе-расплаве. Полоса поглощения с максимумом на l » 0.280 мкм, интенсивность которой падает с ростом концентрации оксида тербия, обусловлена электронным переходом ¹S₀ → ³P₁ примесных ионов Pb²⁺.

Литература

1. Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. М.: Энергоатомиздат, 1990, 320 с.

2. Владимир Рандошкин. Взаимодействие излучения с эпитаксиальными пленками гадолиний-галлиевого граната. Спектры поглощения, отражения и люминесценции. Lambert Academic Publishing. 2012-01-03, 196 с.

3. Robertson J.M., van Tol M.W. Cathodoluminescent garnet layers. Thin Solid Films, 1984, vol. 114, р. 221-240.

4. Рандошкин В.В., Васильева Н.В., Колобанов В.Н. Михайлин В.В., Петровнин Н.Н., Спасский Д.А., Сысоев Н.Н. Tb-содержащие монокристаллы гранатов как материал для рентгенографических экранов. Письма в ЖТФ, 2006, т. 32, № 22, с.1-5.

5. Васильева Н.В, Рандошкин В.В, Колобанов В.Н. Крюкова Е.Б., Плотниченко В.Г. Пырков Ю.Н., Салецкий А.М., Спасский Д.А., Сысоев Н.Н. Спектрально-люминесцентные свойства эпитаксиальных пленок гадолиний-галлиевого граната, легированного тербием.. ФТТ, 2007, т. 49, № 3, с. 460-464.