KR20180052974A

KR20180052974A - 섬광체 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20180052974A
Application number: KR1020160150210A
Authority: KR
Inventors: 김헌덕
Original assignee: 주식회사 감마스펙트라
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2018-05-21

Abstract

본 발명은 섬광체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 화학식 Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂ (상기 X는 0.002 < X < 1이다)으로 나타나며, 이는 0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃와, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃의 비율로 원재로를 혼합 및 하소하는 단계; 상기 하소된 원재료를 도가니에 충진하고, 씨딩을 진행하는 단계; 상기 씨딩을 진행하며, 인상 및 회전을 병행하여 성장시키는 단계; 및 상기 성장 단계 후 냉각공정을 수행하여 화학식 Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂ (상기, X는 0.002 < X < 1)로 나타나는 결정을 얻는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.

Description

섬광체 및 이의 제조방법{Scintillator and manufacturing method thereof}

본 발명은 섬광체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 높은 발광량 및 에너지 분해능이 우수한 섬광체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

섬광(scintillation) 현상은 엑스선, 중성자선, 하전입자 등 방사선을 결정체에 조사하면 방사선 조사와 동시에 빛이 발생하는 현상으로, 섬광체(scintillator)에 α선, β선, γ선, X선, 중성자 등의 방사능을 유입하면 가시광선 파장영역의 빛을 방출한다. 이때, 섬광체와 접합되어 있는 광전소자가 이를 흡광하여 전기량으로 변환하여 인간이 인지할 수 있는 신호로 변환하고, 이러한 방사선 정보는 일련의 처리과정을 통하여 방사선 영상으로 획득될 수 있다.

섬광체는 전산화 단층 촬영시스템(CT, Computed Tomography), 양전자 방출 단층 촬영 시스템(PET, Positron Emission Tomography), 감마카메라, 단일광자 방출 단층 촬영 시스템(Single Photon Emission Computed Tomography) 등의 의료 영상 시스템과 각종 방사선 검출기, 원자력 발전소, 공업용 방사선 센서 분야 등에서 방사선을 측정하고 영상화하는데 널리 이용되고 있다.

일반적으로 응용 분야에서 요구되는 이상적인 섬광체는 높은 발광량을 가지며, 잔광이 없어야 하고, 빠른 검출 신호 처리를 위하여 짧은 감쇠 시간, 높은 밀도, 가공의 용이성 등을 만족하여야 한다.

그러나 섬광 단결정은 각각의 장단점이 있어, 사용하는 용도에 맞게 선택적으로 제조되고 있으며, 한 가지 섬광체가 모든 응용 분야에 사용되기는 어려운 점이 있다.

한국등록특허 제10-1204334호는 세슘 브로마이드(CsBr), 리튬 브로마이드(LiBr)와 세륨 브로마이드(CeBr₃)를 모체로 하는 세슘리튬세륨브로마이드(Cs₂LiCeBr₆) 섬광체를 개시하며, 광 출력이 크고, 형광 감쇠 시간이 짧다고 개시하고 있다.

한국등록특허 제10-1587017호는 화학식이 Tl₂ABC₆:yCe인 섬광체로서, A는 알칼리 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, B는 3가 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이고, C는 할로겐 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소이며, y는 0보다 크고 1 이하인 섬광체를 개시한다.

본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은 높은 발광량 및 에너지 분해능이 우수한 섬광체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 하기 화학식으로 나타나는 섬광체를 제공한다.

Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂

상기 X는 0.002 < X < 1이다.

상기 섬광체의 원재료의 혼합비는 0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 섬광체는 최대 발광 파장대가 520 내지 550nm의 영역을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 섬광체는 가넷(Garnet) 구조를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 섬광체는 68,000ph/MeV 내지 84,000ph/MeV의 발광량, 6.5 내지 6.7의 밀도, 54.9의 유효원자계수, 및 비흡습성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃와, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃의 비율로 원재로를 혼합 및 하소하는 단계; 상기 하소된 원재료를 도가니에 충진하고, 씨딩을 진행하는 단계; 상기 씨딩을 진행하며, 인상 및 회전을 병행하여 성장시키는 단계; 및 상기 성장 단계 후 냉각공정을 수행하여 화학식 Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂ (상기, X는 0.002 < X < 1)로 나타나는 결정을 얻는 단계;를 포함하는 섬광체의 제조방법을 제공한다.

상기 씨딩 진행단계에서 초기 진공을 유지하고, 성장로 챔버내 불필요한 가스를 제거한 후 이산화탄소와 아르곤을 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 성장 단계에서 자동 직경 제어 프로그램을 통하여 직경을 제어하며 성장시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 높은 광전 효율로 인해 68,000 내지 84,000 ph/MeV의 발광량, 우수한 에너지 분해능, 약 6.6의 높은 밀도를 가질 뿐만 아니라, 54.9의 높은 유효원자계수(Effective Atomic Number), 비흡습성(Non-hygroscopic)로 의 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, X-ray, γ-ray를 응용한 의료영상진단장비용 검출기에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 도펀트인 세륨 3가 양이온의 5d-4f 전이로 인해 최대 발광 파장대가 520 내지 550nm의 영역을 가질 수 있다. 이는 차세대광전소자로 각광을 받고 있는 SiPM(Silicon Photo-multiplier)의 최대 흡광 영역과 일치하는 것이다.

현재 의료영상장비에 활용되고 있는 광전소자는 PMT(광증배관, Photon Multiplier Tube)를 이용하는데, PMT의 경우 최대 흡광 영역이 420nm으로 대부분의 섬광체는 PMT 흡광 영역에 맞추어 개발이 이루어져 왔다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 섬광체는 최대 발광 파장대가 520~550nm의 영역을 가지는 것으로, 차세대광전소자로 각광을 받고 있는 SiPM(Silicon Photo-multiplier)에 사용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 섬광체의 X선 조사에 따른 발광량을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 섬광체와 비교예에 따라 제조된 섬광체의 절대 섬광량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 섬광체의 Cs-137 감마 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 수 있고, 첨부된 도면은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 첨부된 도면으로 한정되는 것은 아니며, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 하기 화학식으로 표현될 수 있다.

Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂

상기 X는 0.002 < X < 1이다.

상기 섬광체는 일반적인 GAGG 섬광체(Ce_0.01Gd_0.99)₃Al₃Ga₂O₁₂)에 비하여 보다 높은 섬광량을 가질 수 있다.

상기 섬광체는 일반적으로 GAGG(Ce:Gd₃Al₂Ga₃O₁₂)로 알려진 섬광체에서 조성 간 성분 비율이 조절된 것으로 볼 수 있다. 조성 간의 성분변화를 하되, 구조는 일반적인 GAGG 섬광체와 동일한 가넷(Garnet) 구조이다.

일반적으로 Al₂O₃에 비해 Ga₂O₃의 가격이 높으며, Ga의 역할은 전체 조성에 대해 일치성(congruence)을 만드는데 이용되므로, 일치성(congruence)을 만드는 작용은 유지할 수 있는 비율을 유지하되, 나머지는 가능한 Al로 대체하였다.

일반적인 GAGG 단결정은 호스트 물질을 이루고 있는 12면체 구조의 꼭지점에서 Gd³ ⁺, Al³ ⁺, Ga³ ⁺ 양이온으로 그 기본 골격을 유지한다. 일반적으로 발광효율은 언급된 호스트 물질에서 발광점으로 이동하여 발광에 필요한 밴드갭 에너지와 발광점 자체가 가지는 밴드갭 에너지에 의해 발광효율이 결정되는 것으로 알려졌다.

본 발명은 GAGG 섬광체에서 Gd³ ⁺의 경우 단결정 전 구간에 걸쳐 농도의 균일성이 확인되지만, Al과 Ga의 경우 농도 불균일성이 있는 것을 확인하고, 이에 Al과 Ga의 고상화율을 0.52로 하여, 조성 성분간의 비율을 조절하였다.

도펀트로 이용하는 Ce 원자궤도의 5f-4d 전이가 섬광체의 발광 요인 중 하나로 알려져 있다.

대부분의 섬광체의 제조는 Ce 도핑량을 1%로 하고 있는데, 이는 도핑량을 3%로 늘린 경우에 비하여 1% 도핑에서 더 좋은 발광량을 내는 것으로 알려졌기 때문이다.

이는 세륨 양이온의 농도가 일정 정도 이상의 농도에서는 침전 상으로 얻어질 수 있는데 흔히 분리계수라고 알려진 이 값에 의해 도펀트의 양이 많다고 하여 발광량이 높아지는 것은 아닌 것으로 보고되어 있다.

본 발명은 Ce 도펀트 양을 1%로 고정한 것으로 Ce 도펀트 양에 의하여 발광량이 증가되는 메카니즘은 아닌 것으로 판단된다.

일반적인 GAGG(Ce:Gd₃Al₂Ga₃O₁₂) 섬광체의 특성은 하기 표에 나타낸 바와 같다.

밀도	발광량(ph/MeV)	감쇠시간(ns)	최대발광파장(nm)	조해성
6.6	46,000	80(90%)	550	없음

본 발명에 따른 섬광체는 일부 조성 간의 투입량 변화를 통해 개선을 진행하여 유효원자계수는 54.4를 유지하여, GAGG(Ce:Gd₃Al₂Ga₃O₁₂)와 차이가 없어 방사능 저지력은 동일한 값을 유지하며, 발광량이 증가됨을 확인하였다.

본 발명에 따른 섬광체는 절대 섬광량이 68,000 내지 84,000 ph/MeV로 일반적인 GAGG 섬광체에 비하여 높은 섬광량을 가지고 있으며, 섬광의 최대파장영역은 약 520∼550nm로 SiPM에 효과적인 것을 확인하였다.

섬광체의 발광량이 증가할 경우 방사능 검출기의 효율이 높아지기 때문에 저선량 의료영상진단장비에 매우 적합할 수 있다.

또한, 유효원자계수의 변화가 없으므로 GAGG 자체가 가지는 방사능 저지력에 대한 장점을 유지하여 감마선 검출에도 용이하고, 알파선의 감쇠 시간보다 짧은 GAGG의 감쇠 시간으로 인해 알파선 검출에도 용이하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 섬광체는 초크랄스키 성장법을 이용하여 성장시킬 수 있다.

일반적으로 초크랄스키 성장법은 용융액에 침투된 봉 또는 종자결정을 천천히 인양하면서 선단에 부착되어 있는 액을 고화시켜 단결정을 성장시키는 방법으로, 육성조건의 제어가 쉽고, 균질하여 격자결함이 적은 단결정을 얻을 수 있는 장점이 있다.

우선, 원재료인 Gd₂O₃, Ga₂O₃, Al₂O₃, CeO₂ 파우드(4N Grade)를 화학양론적으로 혼합 후 하소 공정을 진행할 수 있다.

상기 원재료의 혼합비는 0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃일 수 있다.

상기와 같이 혼합된 조성물의 하소 공정 후 도가니에 충진하여 성장을 진행할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, 직경 4인치의 이리듐 도가니를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 7/8 이상을 충진한 후 성장 공정을 진행할 수 있다.

도가니 가열 방식은 RF 유도가열방식으로 할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 전압 제어를 통해 히팅을 진행할 수 있다. 원재료의 녹는점이 약 1,850℃로 알려져 있어, 열전대를 통한 온도제어가 불가능하기 때문이다.

또한, 가열을 시작하면서 초기 진공을 유지하고, 성장로 챔버내 불필요한 가스를 제거한 후 이산화탄소와 아르곤을 주입할 수 있다. 이산화탄소의 경우, 섬광체 조성 내 산소 결핍을 막기 위해 주입하였고, 아르곤 가스의 경우, 원재료 중 갈륨의 승화 억제 등 불필요한 부가반응을 억제하기 위하여 를 목적으로 투입할 수 있다.

도가니 가열을 진행하면서 CCD 카메라를 통해 도가니　내에 원재료 융액의 대류 안정화를 확인하면서, 씨드(Seed)를 점진적으로 하강할 수 있다.

점진적으로 용융액에 종자 결정(Seed)를 하강하는 동시에 회전과 인상을 병행하여 종자결장을 성장시켰다. 즉, 이리듐 도가니 내에 최적의 대류 상태를 확인한 후, 씨딩(Seeding)공정을 진행하며, 회전과 인상을 병행하여 성장을 진행시킬 수 있다.

성장공정의 최적화를 위하여 여러 인자를 고려해야 하며, 특히 도가니 내부 용융물의 온도분포와 그로 인한 융액의 유동특성 등이 중요한 사항이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이리듐 도가니 내부에 종자 결정(seed, 고체)을 고-액 경계면에서 터치하여 시간 최대 0.7mm의 속도로 점진적으로 인상(Pulling)할 수 있으며, 공정변수를 최소화하기 위해 씨드의 회전속도는 특정 회전수에 고정할 수 있다.

씨딩이 완료된 후에는 직경을 제어하면서 성장을 진행할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니나, ADC(Auto Diameter Control) 프로그램으로 자동 직경 제어를 하면서 성장을 진행할 수 있다.

성장 공정이 완료되면 냉각을 진행할 수 있다. 냉각 공정은 성장된 단결정에 열 충격이 가지 않도록 진행되는 것이 바람직하다. 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 0.5 내지 0.7mm/hr의 속도로 진행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 높은 광전 효율로 인해 68,000 내지 84,000 ph/MeV의 발광량, 6.6의 높은 밀도를 가질 뿐만 아니라, 54.9의 높은 유효원자계수(Effective Atomic Number), 비흡습성(Non-hygroscopic)의 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, X-ray, γ-ray를 응용한 의료영상진단장비용 검출기에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체는 도펀트인 세륨 3가 양이온의 5d-4f 전이로 인해 최대 발광 파장대가 520~550nm의 영역을 가질 수 있다. 이는 차세대광전소자로 각광을 받고 있는 SiPM(Silicon Photo-multiplier)의 최대 흡광영역과 일치하는 것이다.

[실시예]

하기 표 1과 같이 원재료인 Gd₂O₃, Ga₂O₃, Al₂O₃, CeO₂ 파우드(4N Grade)를 화학양론적으로 혼합한 후 하소 공정을 진행하였다.

	비교예	실시예
CeO₂	0.28wt%	0.28wt%
Gd₂O₃	58.26wt%	58.26wt%
Ga₂O₃	30.43wt%	20.29~25.36wt%
Al₂O₃	11.03wt%	13.79~16.55wt%

직경 4인치의 이리듐 도가니에 하소한 원재료를 충진하여 성장공정을 진행하였다. 성장공정 진행 전 GAGG 씨드(Seed) 장착 및 씨드(Seed)의 상태, 기구부의 회전 속도 및 인상 속도, 씨드(Seed)의 위치를 확인하였다.

도가니 히팅 방식은 RF 유도가열방식을 통하여 이리듐 도가니를 가열하였으며, 전압제어를 통해 히팅을 진행시켰다. 히팅을 시작하면서 초기 진공을 유지하고, 성장로 챔버 내 불필요한 가스를 제거한 후 이산화탄소와 아르곤을 주입하였다.

도가니 가열을 진행하면서 CCD 카메라를 통해 도가니　내에 원재료 융액의 대류 안정화를 확인한 후 점진적으로 씨드(Seed)를 하강하여 씨드 터치를 진행하였다. 도가니 내 최적의 대류상태를 확인한 후, 점진적으로 씨드(Seed)를 하강하여 씨드 터치를 진행하였다. 도가니 내부에 GAGG 씨드(Seed, 고체상태)를 고-액 경계면에서 터치하여 시간당 최대 0.7mm의 속도로 점진적으로 인상(Pulling)하였다. 공정변수를 최소화하고자 씨드의 회전속도는 특정 회전수에 고정을 시킨 상태에서 진행하였다.

씨딩이 완료된 후에 ADC(Auto Diameter Control) 시스템에 의해 자동으로 직경 제어를 진행하면서 성장을 진행하였다. 성장공정이 완료된 후 시간당 0.7mm/hr의 속도로 냉각 공정을 진행하였다.

성장이 완료된 GAGG 섬광체를 특성분석을 위하여 1cm × 1cm × 2cm로 가공하여 5면 연마를 진행하였다.

[평가]

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 GAGG 단결정의 물성을 하기와 같은 방식으로 측정하였다.

1. X-선 반응 발광 스펙트럼

상기 실시예에서 제조된 단결정에 X-선을 조사하고, 이에 따른 발광량을 측정하였고, 이의 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1은 실시예에서 제조된 단결정의 X선 조사에 따른 발광량을 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하면, 550nm 근처의 파장에서 가장 강한 스펙트럼 피크를 보여주고 있으며, 전반적으로 500~650nm 근처 파장 대역에서 강한 발광을 하고 있음을 확인할 수 있었다.

이는 가시광선 대역 중에서 노란색 및 초록색에 해당하는 파장 대역으로써 대부분의 CMOS 및 CCD 기반의 광학 소자들이 가장 잘 반응하는 파장 대역이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 섬광체는 방사선 내지 X-선을 가시광선으로 전환하는 발광효율을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.

2. 섬광량 측정

발광량 측정을 위해서 16mm 유리창이 있는 LAAPD(Large Area Avalanche PhotoDiode(Advanced Photonix Inc.)를 사용하였다. GAGG 단결정을 LAAPD에 옵티컬 구리스로 접합하였다. ¹³⁷Cs 선원에 의해 섬광체 및 LAAPD에서 나온 신호는 저잡음 프리엠프를 통과하여 쉐이핑 엠프(shaping amplifer, ORTEC 571)를 통과하도록 하였다. 아날로그로 검출된 신호는 25MHz FADC(Flash Analog to Digital Converter)에 의해 디지털 신호로 변환되었고 C++로 작성된 데이터 분석프로그램을 이용하여 검출된 에너지 스펙트럼을 연산하여 발광량을 측정하였다. 측정의 정밀도를 높이기 위하여 미리 발광량을 알고 있는 CsI:Tl 섬광체를 이용하여 662keV 감마선 분위기에서 52,000ph/MeV의 발광량을 확인하였다.

도 2는 상기 실시예에 따른 섬광체의 비교예에 따른 섬광체에 대한 절대 섬광량을 나타내는 그래프이다.

상기 그래프의 적분 값을 구하여, 비교예의 경우 46,000±4,600ph/MeV, 실시예의 경우 74,000±7,400ph/MeV의 값을 얻었다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 섬광체의 경우 비교예에 비하여 약 1.6배 발광량이 향상됨을 확인할 수 있었다.

3. 에너지 분해능

한국표준과학연구원(시험번호: 160100891-001)에서 Cs-137 표준선원을 이용하여 661.66keV에서의 에너지분해능을 측정하였다. 측정에는 PMT 2종 (Hamamatsu R2228, R6233)과 SiPM 소자인 MPPC(Multi-pixel photon counter, Hamamatsu S13360-6050)에 장착하여 측정하였으며, 도 3은 Cs-137 감마 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

측정 결과, PMT에서는 18.6%, 8.01%의 에너지 분해능을 얻었으나 SiPM 계열인 MPPC에서는 4.49%의 에너지 분해능을 확인하였다.

이로써, 최대 발광파장영역이 550nm를 유지함으로 SiPM용 광전소자와의 호환성에 문제없음을 재차 확인하였다.

이상, 구현예 및 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims

하기 화학식으로 나타나는 섬광체;
Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂
상기 X는 0.002 < X < 1이다.
제1항에 있어서,
상기 섬광체의 원재료의 혼합비는 0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃인 것을 특징으로 하는 섬광체.
제1항에 있어서,
상기 섬광체는 최대 발광 파장대가 520 내지 550nm의 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 섬광체.
제1항에 있어서,
상기 섬광체는 가넷(Garnet) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 섬광체.
제1항에 있어서,
상기 섬광체는 68,000 내지 84,000 ph/MeV의 발광량, 6.5 내지 6.7의 밀도, 54.9의 유효원자계수, 및 비흡습성을 가지는 것을 특징으로 하는 섬광체.
0.25 내지 0.28 중량%의 CeO₂, 58.00 내지 58.26 중량%의 Gd₂O₃, 20.29 내지 25.36 중량%의 Ga₂O₃와, 13.79 내지 16.55 중량%의 Al₂O₃의 비율로 원재료를 혼합 및 하소하는 단계;
상기 하소된 원재료를 도가니에 충진하고 씨딩을 진행하는 단계;
상기 씨딩을 진행하며, 인상 및 회전을 병행하여 결정을 성장시키는 단계; 및
상기 성장 단계 후 냉각공정을 수행하여 화학식 Ce:Gd₃(Al_xGa_1-X)₅O₁₂ (상기, X는 0.002 < X < 1)로 나타나는 결정을 얻는 단계;
를 포함하는 섬광체의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 씨딩 진행단계에서 초기 진공을 유지하고, 성장로 챔버내 불필요한 가스를 제거한 후 이산화탄소와 아르곤을 주입하는 것을 특징으로 하는 섬광체의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 성장 단계에서 자동 직경 제어 프로그램을 통하여 직경을 제어하며 성장시키는 것을 특징으로 하는 섬광체의 제조방법.