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ビスマスゲルマニウム酸化物またはビスマスゲルマネートは、ビスマス、ゲルマニウム、酸素の無機化合物です。最も一般的には、この用語は、シンチレータとして使用される、立方晶エブリチン結晶構造を持つ化学式Bi 4 Ge 3 O 12 ( BGO )の化合物を指します。(この用語は、化学式Bi 12 GeO 20の異なる化合物、シレナイト構造の電気光学材料、およびBi 2 Ge 3 O 9を指す場合もあります。)
バイ4ゲ3お12
Bi 4 Ge 3 O 12は立方晶構造（a = 1.0513 nm、z = 4、ピアソン記号 cI76、空間群I 4 3d No. 220）を持ち、密度は 7.12 g/cm 3です。[1] X 線またはガンマ線で照射されると、 375 ～ 650 nm の波長の光子を放出し、480 nm でピークに達し、吸収した高エネルギー放射線のメガ電子ボルトあたり約 8500 個の光子を生成します。優れた放射線耐性（パラメータは 5.10 4 Gyまで安定）、高いシンチレーション効率、5 ～ 20 MeV の優れたエネルギー分解能、機械的強度、非吸湿性を備えています。融点は 1050 °C です。最も一般的な酸化物ベースのシンチレータです。[2]
ビスマスゲルマニウム酸化物は、素粒子物理学、航空宇宙物理学、核医学、地質探査、その他の産業の検出器に使用されます。ビスマスゲルマニウム酸塩アレイは、ガンマパルス分光法に使用されます。BGO 結晶は、陽電子放出断層撮影検出器にも使用されます。
市販の結晶はチョクラルスキー法で成長し、通常は直方体または円筒形で供給されます。大きな結晶も得られます。結晶の製造は通常、約1100℃、つまり融点より約50℃高い温度で行われます。[3]
バイ12ジオ20
Bi 12 GeO 20は立方晶構造（a = 1.01454 nm、 z = 2、ピアソン記号 cI66、空間群I23 No. 197）を持ち、密度は 9.22 g/cm 3です。[4]このビスマスゲルマニウム酸塩は高い電気光学係数（Bi 12 GeO 20の場合は 3.3 pm/V ）を持ち、[5]ポッケルスセルを構築するための非線形光学に役立ち、紫外線範囲用のフォトリフラクティブデバイスにも使用できます。
Bi 12 GeO 20結晶は圧電性があり、強い電気光学効果と音響光学効果を示し、水晶発振器や表面弾性波デバイスの分野で限定的に使用されています。[6] 単結晶ロッドとファイバーは、ビスマス酸化物とゲルマニウム酸化物の混合物のロッドから浮遊ゾーン法で成長させることができます。[7]結晶は透明で茶色です。[8]
BGO および類似化合物 BSO (Bi 12 SiO 20、ビスマスシリコン酸化物、シレナイト) と BTO (Bi 12 TiO 20 ) の結晶は、光屈折性および光伝導性である。BGO および BSO 結晶は、暗伝導率が低い効率的な光伝導体である。これらは、光PROM、PRIZ空間光変調器、リアルタイムホログラム記録、相関器、超短レーザーパルスの適応補正システムなどの電気光学アプリケーション、および電場および磁場用の光ファイバー センサーに使用できる。導波路構造により、広いスペクトル範囲にわたって均一な照明が可能になる。スパッタリングなどによって堆積できる薄膜シレナイト構造には、幅広い潜在的なアプリケーションがある。BSO 結晶は、光アドレス指定型空間光変調器や液晶光バルブに使用されている。[9] BTO の光学活性は、BGO や BSO よりもはるかに小さい。[10]似た性質を持つペロブスカイトとは異なり、シレナイトは強誘電体ではない。
この材料はフェーズドアレイ光学系に使用できます。
スパッタリングの際には、ビスマスの蒸気圧によって組成が化学量論から外れてしまうため、ターゲットを450℃以下に保たなければなりませんが、圧電γ相を形成するには400℃以上にする必要があります。[11]
参照
参考文献
- ^ Fischer, P.; Waldner, F. (1982). 「圧電Bi 4 Y 3 O 12 (Y = Ge, Si)の立方晶構造に関する中性子回折とEPRの結果の比較」。ソリッドステートコミュニケーション。44 ( 5): 657– 661。Bibcode :1982SSCom..44..657F。doi :10.1016/0038-1098(82)90575-0。
- ^ ビスマスゲルマニウム酸塩シンチレーション材料。crystals.saint-gobain.com
- ^ 高いシンチレーション応答性を有するビスマスゲルマニウム酸塩単結晶の製造方法。Le Gal ら、米国特許 4664744
- ^ Svensson, C.; Abrahams, SC; Bernstein, JL (1979). 「左回転Bi12GeO20：構造の再測定」. Acta Crystallographica Section B：構造結晶学および結晶化学. 35 (11): 2687– 2690. Bibcode :1979AcCrB..35.2687S. doi : 10.1107/S0567740879010190 .
- ^ ヘインズ、ウィリアム・M.編（2016年）。CRC化学物理ハンドブック（第97版）。CRCプレス。p.12.173。ISBN 9781498754293。
- ^ Lam, CS (2004) 発振器アプリケーション向け SAW および BAW 技術の統合。MEMSおよび受動部品と RF IC の SiP/Soc 統合に関する国際ワークショップ
- ^ Fu, S.; Ozoe, H. (1999). 「改良浮遊ゾーン法による Bi 12 GeO 20結晶ロッドおよびファイバーの成長」. Journal of Materials Science . 34 (2): 283– 290. doi :10.1023/A:1004430311364. ISSN 0022-2461. S2CID 136720849.
- ^ 「テクノロジー結晶成長研究所（CGL）：単結晶、ナノテクノロジー」www.uam.es 。 2016年4月9日閲覧。
- ^ 「シレナイトフォトリフラクティブ結晶（BGOおよびBSO）– Alkor Technologies」www.alkor.net 。 2016年4月9日閲覧。
- ^ Träger, Frank (2012). Springer Handbook of Lasers and Optics. Springer Science & Business Media. p. 359. ISBN 9783642194092。
- ^ 和佐清隆、北畠誠、足立秀明 (2004)。薄膜材料技術：複合材料のスパッタリング。ウィリアム・アンドリュー。p. 248。ISBN 9780815519317。
外部リンク
- シンチレーション結晶