铈掺杂铝酸钆镓(GAGG:Ce)晶体不仅闪烁性能优良，而且物化性质稳定，在高能物理、核医学和安全监测等应用领域具有广阔的应用前景，因此成为当前氧化物闪烁体领域的研究热点。在海西创新研究院自主部署项目的资助下，中科院上海硅酸盐研究所任国浩课题组围绕GGAG晶体生长中存在的组分偏析、形状扭曲和透明度较低等一系列问题开展重点攻关。通过对原料的预合成和二次烧结法制备出具有单一物相的GAGG:Ce多晶，以此原料为基础开展大尺寸闪烁单晶的生长，凭借氧分压的精确控制从而有效抑制熔体中Ga₂O₃组分的氧化和在高温条件下的过量挥发，克服了晶体组分的偏析以及由此引起的组分不均匀和发光不均匀等问题。针对熔体表面组分不均匀所引起的表面张力梯度变化所造成的液流不稳定和温度场偏离轴对称的问题，课题组通过增大温度梯度、增强自然对流、慢转速减少强迫对流，促使形成平的固液生长界面，纠正晶体的偏心生长，从而克服了 GGAG:Ce晶体的螺旋生长而造成的晶体形状扭曲问题，成功生长出直径40mm、透过率接近理论值（85%）、光学质量良好、形状规则完整的Ce掺杂GGAG晶体（图1）。

（a）                                           （b）　

图1 研制的GGAG:Ce晶体(a)及其透射光谱（b）

　　针对GGAG:Ce晶体中因反位缺陷而诱发的慢分量问题，课题组以“带隙工程”理论为指导，逐渐认识到反替位缺陷所引起的浅陷阱会俘获导带中的自由电子是延迟Ce³⁺离子复合发光主要原因，因此在调整晶体组成配比的同时通过低价离子的共掺杂效应，并经由晶体制备科学理论认识的提升，制备出直径50mm、缺陷密度低的高质量晶体（图2），晶体光输出比2017年的样品提高了5倍，能量分辨率优于7%（@662 KeV），接近国际上报道的最佳性能。

（a）                                    （b）

图2 经“带隙工程”调整组成配比后的GGAG:Ce晶体(a)及其多道能谱(b)

　　(上海硅酸盐所供稿)