Eu katkılı Lu₂O₃ ve Gd₂O₃ kaplamaların fotolüminesans özelliklerinin incelenmesi
Investigation of photoluminescence properties of Eu doped Lu₂O₃ and Gd₂O₃ coatings
Yazar: FADİME AKPINAR
Danışman: DOÇ. DR. KADRİ VEFA EZİRMİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sintilatörler, iyonlaştırıcı radyasyonları absorbe etme ve düşük enerjili fotonlar yayma özelliğine sahip lüminesans malzemelerdir. Evropiyum katkılı lutesyum oksit (Lu2O3:Eu+3) ve gadolinyum oksit (Gd2O3:Eu+3) yeni nesil, umut verici sintilasyon malzemeleridir. Her iki sintilasyon malzemesi de yüksek atom numarası ve yoğunluğa sahip olması sebebiyle, X- ışını ve gama ışını durdurma kabiliyetleri çok yüksektir. Bu durum, özellikle yüksek çözünürlüklü dijital X-ışını görüntüleme sistemleri için Lu2O3:Eu+3 ve Gd2O3:Eu+3 sintilasyon malzemelerine olan talebi artırır. Sintilatör malzemeler üzerinde yapılan çalışmalar genellikle kütle sintilatör malzemelerin yapıyı optik olarak geçirgen hale getirmek için ısıl işlemle üretildiğini göstermektedir. Sintilatör malzemelerinin ince filmler olarak üretilmesi birçok avantaj sağlar. Konuyla ilgili literatür çalışmalarında, filmlerin sol-gel, RF-PVD, CVD ve darbeli lazer sistemi ile üretildiği görülmektedir. Bu tez çalışmasın da PVD kaplama sisteminde, toz formunda üretilmiş olan  Gd2O3, Lu2O3 ve Eu2O3 hedef malzemeler kullanılmıştır. Bu tezde, farklı kaynaklardan Gd2O3:Eu+3 ve Lu2O3:Eu+3 kaplamlarının üretimi literatürde ilk kez yapılmıştır. Gd2O3: Eu+3 ve Lu2O3: Eu+3 ince filmler, radyo frekanslı fiziksel buhar biriktirme (RF-PVD) sistemi kullanılarak üretilmiştir. Büyüme morfolojilerini, kimyasal özellikleri, kristal yapıları ve kaplamaların optik özelliklerini araştırmak için SEM, EDS, XRD, PL ve FTIR karakterizasyon sistemleri kullanılmıştır. Üretilen tüm ince filmlerin kristal halde olduğu ve en iyi fotolüminesans sonuçların % 4.82 Eu+3 katkılı Lu2O3: Eu+3 ve % 4.55 Eu+3 katkılı Gd2O3: Eu+3  'dan elde edildiği görülmüştür. Ek olarak,% 0,61 ve % 1,20 Eu+3 iyon yoğunluğuna sahip ince filmler dışında, sintilasyon için gereken diğer tüm ince filmler için 612 - 616 nm dalga boyunda kırmızı emisyon gözlenmiştir. FTIR analizi sonucunda, Eu-O bağ yapısının olmayışının Eu+3 iyonlarının oksit yapılara katkı maddesi olarak yerleşmiş olduğunu gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Scintillators are luminescent materials capable of absorbing ionizing radiation and emitting low energy photons. Europium doped lutetium oxide (Lu2O3: Eu3+) and gadolinium oxide (Gd2O3: Eu3+) are a new generation of promising scintillation material. Since both scintillation materials have a high atomic number and density, their X-ray and gamma ray stopping capabilities are very high. This has increased the demand for Lu2O3: Eu3+ and Gd2O3: Eu3+ scintillation materials, especially for high-resolution digital X-ray imaging systems. Studies on scintillating materials generally show that mass scintillators are produced with heat treatment to make the structure optically permeable. The production of scintillator materials as thin films has many advantages. In the literature studies on the subject, it is seen that the films were produced by sol-gel, RF-PVD, CVD and pulsed laser system. In this thesis, Gd2O3, Lu2O3 and Eu2O3 target materials were used in PVD coating system. The production of Gd2O3: Eu3+ and Lu2O3: Eu3+ coatings from different sources carried out in this thesis was the first time in the literature. Gd2O3: Eu3+ and Lu2O3: Eu3+ thin films were produced by using radio frequency physical vapor deposition (RF-PVD) system. In order to investigate the growth morphologies, chemical properties, crystal structures and optical properties of coatings, SEM, EDS, XRD, PL and FTIR characterization systems were used. All the thin films produced were found to be crystalline and the best photoluminescence results were obtained from 4.82% Eu3+ doped Lu2O3: Eu3+ and 4.55% Eu3+ doped Gd2O3: Eu3+. In addition, except for thin films with the Eu3+ ion density of 0.61% and 1.20%, red emission with a wavelength of 612 - 616 nm was observed for all other thin films required for scintillation. As a result of FTIR analysis, it was determined that the absence of Eu-O bond structure shows Eu3+ ions were settled as a dopant material into oxide structures.