Scintillation materials based on solid solutions ZnSxSe1–x

О. Г. Трубаєва; M. A. Чайка; С. M. Галкін; А. І. Лалаянц; T. A. Непокупна

doi:10.15222/TKEA2018.3.43

О. Г. Трубаєва Інститут сцинтилляційних матеріалів НАН України, Харків, Україна
M. A. Чайка Інститут фізики ПАН, Варшава, Польща
С. M. Галкін Інститут сцинтилляційних матеріалів НАН України, Харків, Україна
А. І. Лалаянц Інститут сцинтилляційних матеріалів НАН України, Харків, Україна
T. A. Непокупна Інститут сцинтилляційних матеріалів НАН України, Харків, Україна

DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2018.3.43

Ключові слова: твердий розчин ZnSxSe1–x, твердофазний синтез, плавень, хлорид натрію, композитний сцинтилятор, рентгенолюмінесценція

Анотація

Проведено комплексне дослідження процесу отримання мікрокристалічного ZnS_xSe_1–x із суміші вихідних порошків ZnS та ZnSe з різним вмістом вихідних компонентів. Показано, що додавання 2% плавня NaCl від загальної маси суміші сприяє протіканню реакції твердофазного синтезу. Оптимальним складом твердого розчину визнано ZnS_0,39Se_0,61, що має 4 рази більшу інтенсивність рентгенолюмінесценції, ніж «класичний» ZnSe(Al). Також було проведено компактування порошків люмінофорів для отримання композиційних сцинтиляторів ZnS_xSe_1–x. Дослідження їхніх оптичних та сцинтиляційних властивостей показали, що найкращі показники мають композити ZnS_0,5Se_0,5 та ZnS_0,69Se_0,31, інтенсивність рентгенолюмінесценції яких у 2 рази вище, ніж композиту ZnSe(Al).

Посилання

Mizetskaya I. B., Oleinik G. S. Physical and chemical principles of the single crystals synthesis of semiconductor solid solutions of A2B6 compounds. Kiev, Naukova dumka, 1984.

Katrunov K., Lalaiants O., Baumer V., Galkin S., Galchinetskii L., Brilyova Y. Peculiarities of scintillation materials based on ZnS—ZnTe solid solutions. Functional materials, 2013, vol. 20, iss. 3, pp. 384-389. https://doi.org/10.15407/fm20.03.384

Starzhinskiy N.G. Scintillators based on AIIBVI compounds. Receipts, properties and features of obtaining. Kharkov, Institute for Single Crystals, 2007.

Fischer A.G. Preparation and properties of ZnStype crystals from the melt. Journal of Electrochemistry Society, 1959, vol. 106, iss. 9, pp. 838-839. https://doi. org/10.1149/1.2427507

Ryzhikov, V., Chernikov, V., Gal’chinetskii L. et al. The use of semiconductor scintillation crystals AIIBVI in radiation instruments. Journal of crystal growth, 1999, vol. 197, iss. 3, pp. 655-658. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(98)00771-4

Trubaieva O.G., Lalayants A., Chaika M.A. Band gap change of bulk ZnSxSe1–x semiconductors by controlling the sulfur content. Ukrainian Journal of Physics. 2018, vol. 63, no. 1, pp. 33-37. https://doi.org/10.15407/ujpe63.01.0033

Galkin. S.N., Galchinetsky L.P., Katrunov K.A. The formation of CdS1–xTex solid solutions by sintering of CdS and CdTe powders. Inorganic materials, 1992, vol. 28, pp. 2058-2062.

Wreigth H., Barnard W., Heelbig J. Solid solutions in the systems ZnS—ZnSe and PbS—PbSe at 300°C and above. American Mineralogist. 1965, vol. 50, pp. 1802-1815.

Gurgula G.Ya., Bojchuk V.M., Vadyuk M.P., Freik N.D. Crystal chemistry of points defects of the solid solutions ZnSexS1–x. Physics and chemistry of the solid state, 2011, vol. 12, no. 2, pp. 395-401. (Ukr)

Woolley J.C., Ray B. Solid solution in AIIBVI tellurides. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1960, vol. 13, iss. 1-2, pp. 151-153. https://doi.org/10.1016/0022-3697(60)90135-9

Singh N.B., Su C.H., Arnold B., Choa F.S. Optical and morphological characteristics of zinc selenide-zinc sulfide solid solution crystals. Optical Materials, 2016, vol. 60, pp. 474-480. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.08.031

Hajj Hussein R., Pagés O., Firszt F. et al. Near-forward Raman study of a phonon-polariton reinforcement regime in the Zn (Se, S) alloy. Journal of Applied Physics, 2014, vol. 116, iss. 8, pp. 083511. https://doi.org/10.1063/1.4893322

Hussein R. H., Pagиs O., Doyen-Schuler S. et al. Percolation-type multi-phonon pattern of Zn(Se, S): Backward/forward Raman scattering and ab initio calculations. Journal of Alloys and Compounds, 2015, vol. 644, pp. 704-720. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.04.078

Morozova N.K. Selenid tsinka. Poluchenie i opticheskie svoistva [Zinc selenide. Obtaining and optical

properties]. Мoskow, Nauka, 1992, 96 p.

Katsumi Mochizuki. Vapor growth and stoichiometry control of zink sulfo-selenide. Journal of Crystal Growth, 1982, vol. 58, pp. 87-94. https://doi.org/10.1016/0022-0248(82)90213-5

Koshkin V.M., Dulfan A.Y., Ganina N.V. et al. Tellurium, sulfur, and oxygen isovalent impurities in ZnSe semiconductor. Functional materials, 2002, vol. 9, no. 3, pp. 438-441.

Berchenko N.N., Krevs V.E., Sedin V.G. Poluprovodnikovye tverdye rastvory i ikh primenenie. Spravochnye tablitsy [Semiconductor solid solutions and their application.

Reference tables]. Мoskow, Voenizdat, 1982, 208 p. (Rus)

Kulakov M.P., Fadeev A.V. [Oxidation of mechanically polished zinc selenide when heated in air]. Izvestiyа. AN SSSR. Neorganicheskie materialy, 1988, vol. 19, no. 3, p. 347. (Rus)

Zuyev A.P., Kulakov M.P., Fadeyev A.V. The oxygen content in ZnS, ZnSe and CdS crystals grown from the melt. Izvestiyа. AN SSSR. Neorganicheskie materialy, 1981, vol. 17, no. 7, p. 1159. (Rus)

Sung H.J., Cho Y.S., Huh Y.D., Do Y.R. Preparation, characterization and photoluminescence properties of Ca1–xSrxS:Eu red-emitting phosphors for a white LED. Bulletin of the Korean Chemical Society, 2007, vol. 28, iss. 8, pp. 1280-1284. https://doi.org/10.5012/bkcs.2007.28.8.1280

Jia D., Zhu J., Wu B. Trapping centers in CaS:Bi3+ and CaS:Eu2+, Tm3+. Journal of the Electrochemical Society, 2000, vol. 147, iss. 1, pp. 386-389. https://doi.org/10.1149/1.1393205

Park H.L., Hwang Y.H. Physics of Alkaline-Earth Sulfide Phosphors. Chinese Journal of Physics, 1990, vol. 28, iss. 1, pp.105-113. https://doi.org/10.6122/CJP

Jia D., Wang X.J. Alkali earth sulfide phosphors doped with Eu2+ and Ce3+ for LEDs. Optical Materials, 2007, vol. 30, iss. 3, pp. 375-379. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2006.11.061

Thiyagarajan P., Kottaisamy M., Sethupathi K., Rao M. S. R. Preparation and luminescent properties of SrS:Ce by addition of sulphur as a co-activator in SrSO4:Ce(SO4)2∙4H2O by carbothermal reduction. Proceedings of the Materials Research Society, 2005, vol. 829, pp. 331-337. https://doi.org/10.1557/PROC-829-B2.33

Sun J.Y., Sun R.D., Du H.Y. Synthesis and characterization of nanosized phpsphor SrS: Eu2+, Sm3+ by a hydrothermal process. Advanced Materials Research, 2011, vol. 295, pp. 531-534. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.295-297.531

Kojima Y., Toyama T. Effect of strontium and lithium ions on afterglow time of red-emitting CaS: Eu2+, Pr3+ phosphor upon visible-light irradiation. Journal of Alloys and Compounds, 2009, vol. 475, iss. 1-2, pp. 524-528. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.07.079

Pitale S.S., Sharma S.K., Dubey R.N. et. al. TL and PL studies on defect-assisted green luminescence from doped strontium sulfide phosphor. Journal of Luminescence, 2008, vol. 128, iss. 10, pp. 1587-1594. https://doi.org/10.1016/j. jlumin.2008.03.002

Volkov A.I., Zarskij I.M. Bol’shoi khimicheskii spravochnik [Great chemical directory]. Мinsk, Sovremenyaja Shkola, 2005, 605 p. (Rus)

Karapet’yants M.H. Khimicheskayа termodinamika [Chemical thermodynamics]. Moskow, Chemistry, 1975. (Rus)

Georgobiani A. N. Kotlyarevskyi. [The problem of controlling the composition of point defects in compounds AIIBVI. Physics of compounds AIIBVI]. Sbornik nauchnykh trudov, Moskow, Nauka, 1986, pp. 72-108. (Rus)

Watkins, G. D. Intrinsic defects in II–VI semiconductors. Journal of crystal growth, 1996, vol. 159, iss. 1-4, pp. 338-344. https://doi.org/10.1016/0022-0248(95)00680-X

Hopfield J.J., Thomas D.G., Lynch R.T. Isoelectronic donors and acceptors. Physical Review Letters, 1966, vol. 17, iss. 6, pp. 312. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.17.312

Сцинтиляційні матеріали на основі твердих розчинів ZnSxSe1–x

Анотація

Посилання