Eu katkılı Lu2O3 ve Gd2O3 kaplamaların karakterizasyonu

Abstract

Sintilatör malzemeler, iyonize radyasyon tarafından uyarıldıklarında görünür ışık verebilen malzemelerdir. Radyasyon, sintilatöre çarptığı zaman, malzeme radyasyon enerjisinin bir kısmını absorbe eder ve görünür ışık şeklinde bir ışıma yapar. Evropiyum katkılı lutesyum oksit ve gadolinyum oksit malzemeler kütlesel olarak sintilasyon sayaçlarında kullanılmaktadır. Bu çalışmada Eu ile katkılandırılmış Lu2O3 ve Gd2O3 ince film kaplamaların Eu katkısına bağlı olarak bağ yapıları ve kristal yapıları karakterize edilmiştir. İnce film kaplamalar radyo frekans – fiziksel buhar biriktirme tekniği ile üretilmiştir. Hedef olarak %99.99 saflıkta Lu2O3, Gd2O3 ve Eu2O3 malzemeler kullanılmış, kaplama içeriğindeki Eu miktarının değiştirilmesi amacıyla Eu2O3 hedefe farklı güçler (10W, 25W, 30W ve 50W) uygulanarak istenilen sitokiyometride filmler üretilmiştir. Üretilen kaplamaların karakterizasyon işlemleri için X-ışını fotoelektron spektroskopisi, Raman spektroskopisi, X-ışını difraksiyon tekniği, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dispersif X-ışını spektroskopisi kullanılmıştır. Literatürde konuyla ilgili çalışmalar incelendiğinde, tüm çalışmalarda elde edilen filmlerin amorf yada kısmen amorf yapıda olduğu ve kaplama sonrası ısıl işlem yapılarak kristalin yapılara ulaşıldığı görülmüştür. Bu çalışmada elde edilen tüm ince filmler kristal yapıya sahip olup, kaplama sonrası herhangi bir ısıl işleme gereksinim duyulmamıştır. Evropiyum katkılı lutesyum oksit ve gadolinyum oksit kaplamalar, lüminesans özellik göstermişlerdir. Yapılan XPS analizleri sonucunda bağ enerjilerinde görülen kaymalar incelendiğinde evropiyum katkılı lutesyum ve gadolinyum oksit kaplamalarda Eu-O-Lu ve Eu-O-Gd bağ yapılarının oluştuğu tespit edilmiştir.

The scintillators are the materials that can provide visible light when stimulated by ionizing radiation. When the ionizing radiation excited the scintillator, the material absorbs part of the radiation energy and makes a visible glow. Europium-doped lutetium oxide and gadolinium oxide materials are used in scintillation counters. In this study, bond structures and crystal structures of different amount of Eu doped Lu2O3 and Gd2O3 thin film coatings have been characterized. Thin film coatings were produced by radio frequency - physical vapor deposition technique. Lu2O3, Gd2O3 and Eu2O3 materials with 99.99% purity were used as target materials and the films were produced in the desired stoichiometry by applying powers of Eu2O3 target (i.e. 10W, 25W, 30W and 50W) in order to change the amount of Eu in the coatings. X-ray photoelectron spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction technique, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy were used for characterization of the coatings. When the studies on this subject are analyzed, it was observed that almost all coatings were amorphous or partially amorphous, and the crystalline structures were obtained by heat treatment after plating process. In this study, all thin films obtained by using the rf-PVD system have a crystal structure and no thermal treatment was required after plating for crystallization. Europium-doped lutetium oxide and gadolinium oxide coatings showed luminescence properties. As a result of the XPS analyzes, it was determined that Eu-O-Lu and Eu-O-Gd bond structures were formed in the Eu doped lutetium oxide and gadolinium oxide coatings.