技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的一個方面涉及紫外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外光源以 及紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法。

背景技術(shù)

專利文獻1記載了作為PET裝置所使用的閃爍體的材料，使用含 有鐠(Pr)的單晶。另外，專利文獻2記載了有關(guān)照明系統(tǒng)的技術(shù)， 該照明系統(tǒng)將從發(fā)光二極管射出的光的波長通過熒光體進行變換而實 現(xiàn)白色光。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2006/049284號小冊子

專利文獻2：日本特表2006－520836號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

一直以來，作為紫外光源，使用水銀氙氣燈或氘燈等的電子管。 但是，這些紫外光源的發(fā)光效率低且為大型、另外在穩(wěn)定性和壽命方 面還存在問題。另一方面，作為其他的紫外光源，有具有通過對靶照 射電子束而激發(fā)紫外光的結(jié)構(gòu)的電子束激發(fā)紫外光源。電子束激發(fā)紫 外光源被期待作為活用高的穩(wěn)定性的光測量領(lǐng)域、活用低耗電性的殺 菌或消毒用、或者利用高的波長選擇性的醫(yī)療用光源或生物化學用光 源。另外，電子束激發(fā)紫外光源還具有比水銀燈等的功耗小的優(yōu)點。

另外，近年來，開發(fā)出了能夠輸出波長360nm以下的紫外區(qū)域的 光的發(fā)光二極管。但是，從這樣的發(fā)光二極管的輸出光強度仍舊小， 而且在發(fā)光二極管難以進行發(fā)光面的大面積化，因此存在用途受限的 問題。相對于此，電子束激發(fā)紫外光源能夠產(chǎn)生足夠強度的紫外光， 另外，通過增大照射到靶的電子束的直徑，能夠輸出大面積且具有均 勻的強度的紫外光。

然而，在電子束激發(fā)紫外光源中，也要求紫外光產(chǎn)生效率的進一 步的提高。本發(fā)明的一個方面的目的在于提供能夠提高紫外光產(chǎn)生效 率的紫外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外光源以及紫外光產(chǎn)生用靶的制 造方法。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，本發(fā)明的一個方面涉及的第一紫外光產(chǎn)生用 靶具備透射紫外光的基板、和設(shè)置在基板上接受電子束而產(chǎn)生紫外光 的發(fā)光層，發(fā)光層包含由添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物多晶 構(gòu)成的多晶膜。另外，本發(fā)明的一個方面涉及的第二紫外光產(chǎn)生用靶 具備透射紫外光的基板、和設(shè)置在基板上接受電子束而產(chǎn)生紫外光的 發(fā)光層，發(fā)光層包含由添加有活化劑的含稀土類的鋁石榴石多晶構(gòu)成 的多晶膜，該多晶膜層的紫外發(fā)光峰值波長為300nm以下。

本發(fā)明人考慮作為紫外光產(chǎn)生用靶的發(fā)光層，在紫外光產(chǎn)生用靶 中使用添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物晶體(LPS、LSO等)、 或者添加有活化劑的含稀土類的鋁石榴石晶體(LuAG、YAG等)。但 是明確了，在使用如現(xiàn)有技術(shù)文獻所記載的單晶的情況下，難以得到 足夠的紫外光產(chǎn)生效率。另外，即使在使用多晶的情況下，在直接使 用基板狀的多晶時，由于其厚度，而紫外光的透射率變低，另外制造 成本也升高。

相對于此，由本發(fā)明人進行的試驗和研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過在紫 外光透射性的基板上作為多晶膜形成上述的氧化物晶體或含稀土類的 鋁石榴石晶體，能夠抑制制造成本，并且顯著提高紫外光產(chǎn)生效率。 即，根據(jù)本發(fā)明的一個方面涉及的第一紫外光產(chǎn)生用靶，由于發(fā)光層 包含由添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物多晶構(gòu)成的多晶膜，所 以與單晶時相比較，能夠有效地提高紫外光產(chǎn)生效率。同樣地根據(jù)本 發(fā)明的一個方面涉及的第二紫外光產(chǎn)生用靶，由于發(fā)光層包含由添加 有活化劑的含稀土類的鋁石榴石多晶構(gòu)成的多晶膜，所以與單晶時相 比較，能夠有效地提高紫外光產(chǎn)生效率。此外，在第一和第二紫外光 產(chǎn)生用靶中，由于在紫外光透射性的基板上作為多晶膜形成有氧化物 晶體或含稀土類的鋁石榴石晶體，所以與多晶基板時相比較，能夠抑 制制造成本，另外，能夠提高紫外光的透射率。

另外，在上述第一紫外光產(chǎn)生用靶中，氧化物多晶可以包含 Lu₂Si₂O₇(LPS)和Lu₂SiO₅(LSO)中的至少一種。此時，活化劑可以 為Pr。

另外，在上述第二紫外光產(chǎn)生用靶中，含稀土類的鋁石榴石多晶 為Lu₃Al₅O₁₂(LuAG)，活化劑可以為Sc、La和Bi中的至少一種?；? 者，第二紫外光產(chǎn)生用靶中，含稀土類的鋁石榴石多晶為Y₃Al₅O₁₂(YAG)，活化劑可以為Sc和La中的至少一種。

另外，第一和第二紫外光產(chǎn)生用靶的多晶膜的厚度可以為0.1μm 以上且10μm以下。根據(jù)由本發(fā)明人進行的試驗和研究，上述的多晶膜 的厚度為了不透射電子束而有助于發(fā)光，可以為0.1μm以上，另外， 從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，可以為10μm以下。具有這樣的厚度的上述的多 晶膜能夠更加有效地提高紫外光產(chǎn)生效率。

另外，第一和第二紫外光產(chǎn)生用靶的基板可以由藍寶石、石英或 水晶構(gòu)成。由此，紫外光能夠透射基板，且還能夠耐受發(fā)光層的熱處 理時的溫度。

另外，本發(fā)明的一個方面涉及的電子束激發(fā)紫外光源具備上述任 意一種紫外光產(chǎn)生用靶、和對紫外光產(chǎn)生用靶施加電子束的電子源。 根據(jù)該電子束激發(fā)紫外光源，通過具備上述任意一種紫外光產(chǎn)生用靶， 能夠抑制制造成本，并且提高紫外光產(chǎn)生效率。

另外，本發(fā)明的一個方面涉及的第一紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法 具備：在透射紫外光的基板上，通過蒸鍍含有Lu和Si的氧化物和活 化劑來形成膜的第一工序；和通過對膜進行熱處理而多晶化的第二工 序。另外，本發(fā)明的一個方面涉及的第二紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法 具備：在透射紫外光的基板上，通過蒸鍍用于紫外發(fā)光峰值波長為 300nm以下的含活化劑和稀土類的鋁石榴石結(jié)晶的材料而形成膜的第 一工序；和通過對膜進行熱處理而多晶化的第二工序。

在第一工序中，在紫外光透射性的基板上形成非晶態(tài)的膜。但是， 非晶態(tài)的膜中，即使照射電子束而幾乎不激發(fā)紫外光。如這些制造方 法那樣，通過在第二工序中對該非晶膜進行熱處理(退火)，能夠?qū)⒎? 晶膜多晶化。即，根據(jù)上述第一制造方法，能夠合適地制造具備由添 加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物多晶構(gòu)成的多晶膜的紫外光產(chǎn)生 用靶。另外，根據(jù)上述第二制造方法，能夠合適地制造具備由添加有 活化劑的含稀土類的鋁石榴石晶體構(gòu)成的多晶膜的紫外光產(chǎn)生用靶。 此外，在上述各制造方法中，也可以同時進行第一工序和第二工序。

另外，在上述的第一和第二紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法中，可以 將第二工序中熱處理后的膜的厚度設(shè)為0.1μm以上且10μm以下。由 此，能夠更加有效地提高紫外光產(chǎn)生效率。另外，在上述第一紫外光 產(chǎn)生用靶的制造方法中，在第二工序中的熱處理時，可以使膜的周圍 為大氣壓。另外，在上述第二紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法中，在第二 工序中的熱處理時，可以使膜的周圍為真空。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的一個方面涉及的紫外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外 光源和紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法，能夠提高紫外光產(chǎn)生效率。

附圖說明

圖1是表示一個實施方式涉及的電子束激發(fā)紫外光源的內(nèi)部構(gòu)成 的示意圖。

圖2是表示紫外光產(chǎn)生用靶的構(gòu)成的側(cè)面圖。

圖3是表示本實施方式的發(fā)光層22所能夠使用的、添加有活化劑 的含稀土類的鋁石榴石晶體的具體例的圖表。

圖4是表示該制造方法所使用的激光消融裝置的構(gòu)成的示意圖。

圖5是表示紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法的流程圖。

圖6(a)是表示熱處理前的非晶態(tài)的膜的X射線衍射測定結(jié)果的 圖。圖6(b)是表示熱處理后的膜的X射線衍射測定結(jié)果的圖。

圖7(a)是關(guān)于熱處理前的Pr:LSO膜的表面的SEM照片。圖7 (b)是關(guān)于熱處理后的Pr:LSO膜的表面的SEM照片。

圖8是表示對Pr:LSO膜照射電子束而得到的紫外光的光譜的圖。

圖9是表示對Pr:LSO膜照射電子束而得到的紫外光的光譜的圖。

圖10是表示作為比較例，對含Pr:LSO多晶的基板照射電子束而 得到的紫外光的光譜的圖。

圖11是表示Pr:LSO多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系的 圖。

圖12是表示第四實施例中測得的光譜的圖。

圖13是關(guān)于熱處理后的Pr:LSO多晶膜的表面的SEM照片。

圖14是表示第五實施例中測得的光譜的圖。

圖15是表示將測得的發(fā)光光譜用峰值歸一化后的光譜的圖。

圖16(a)是表示熱處理前的非晶態(tài)的膜的X射線衍射測定結(jié)果 的圖。圖16(b)是表示熱處理后的膜的X射線衍射測定結(jié)果的圖。

圖17是表示對Pr:LuAG膜照射電子束而得到的紫外光的光譜的 圖。

圖18(a)是關(guān)于熱處理前的Pr:LuAG膜的表面的SEM照片。圖 18(b)是關(guān)于熱處理后的Pr:LuAG膜的表面的SEM照片。

圖19是表示對Pr:LuAG膜照射電子束而得到的紫外光的光譜的 圖。

圖20是表示作為比較例，對Pr:LuAG單晶基板以與第九實施例相 同的條件照射電子束而得到的紫外光的光譜的圖。

圖21是表示使電子束的強度(電流量)變化時的紫外光的峰值強 度的變化的圖。

圖22是表示Pr:LuAG多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系的 圖。

圖23是表示含Pr:LuAG材料的Pr濃度和紫外光的峰值強度的關(guān) 系的圖。

圖24是表示第十二實施例中測得的光譜的圖。

圖25是關(guān)于熱處理后的Pr:LuAG多晶膜的表面的SEM照片。

圖26是表示第十三實施例中測得的光譜的圖。

具體實施方式

下面，一邊參照附圖，一邊詳細說明本發(fā)明的一個方面涉及的紫 外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外光源和紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法的 實施方式。此外，在附圖的說明中對相同的要素標注相同的符號，省 略重復說明。

圖1是表示本實施方式涉及的電子束激發(fā)紫外光源10的內(nèi)部構(gòu)成 的示意圖。如圖1所示，在該電子束激發(fā)紫外光源10中，在被真空排 氣后的玻璃容器(電子管)11的內(nèi)部的上端側(cè)，配置有電子源12和引 出電極13。而且，如果在電子源12與引出電極13之間，從電源部16 施加適當?shù)囊鲭妷?，則被高電壓加速的電子束EB就從電子源12射 出。電子源12能夠使用例如射出大面積的電子束的電子源(例如碳納 米管等的冷陰極、或者熱陰極)。

另外，在容器11的內(nèi)部的下端側(cè)，配置有紫外光產(chǎn)生用靶20。紫 外光產(chǎn)生用靶20例如被設(shè)定為接地電位，對電子源12從電源部16施 加負的高電壓。由此，從電子源12射出的電子束EB被照射到紫外光 產(chǎn)生用靶20。紫外光產(chǎn)生用靶20受到該電子束EB而被激發(fā)，產(chǎn)生紫 外光UV。

圖2是表示紫外光產(chǎn)生用靶20的構(gòu)成的側(cè)面圖。如圖2所示，紫 外光產(chǎn)生用靶20具備基板21、設(shè)置在基板21上的多晶膜22、和鋁膜 23?；?1為由透射紫外光的材料構(gòu)成的板狀的部件，在一個例子中， 由藍寶石(Al₂O₃)、石英(SiO₂)或水晶(氧化硅的結(jié)晶、rock?crystal) 構(gòu)成?；?1具有主面21a和背面21b?；?1的適合的厚度為0.1mm 以上且10mm以下。

發(fā)光層22受到圖1所示的電子束EB而被激發(fā)，產(chǎn)生紫外光UV。 在一個例子中，發(fā)光層22包含添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物 被多晶化而成的多晶膜。作為這樣的氧化物多晶，例如作為活化劑添 加有稀土類元素(在一個實施例中為Pr)的Lu₂Si₂O₇(LPS)多晶或 Lu₂SiO₅(LSO)多晶較為適合。此外，也可以混合存在不同種類的上 述氧化物晶體(例如LPS和LSO)。從后述的實施例可知，該多晶膜的 合適的厚度為0.1μm以上且10μm以下。另外，合適的活化劑濃度為 0.001原子百分比以上且10原子百分比以下。

另外，在另一個例子中，發(fā)光層22包含添加有活化劑的含稀土類 的鋁石榴石被多晶化而成的多晶膜。作為含稀土類的鋁石榴石，例如 優(yōu)選為Lu₃Al₅O₁₂(LuAG)、Y₃Al₅O₁₂(YAG)。另外，作為活化劑，優(yōu) 選稀土類元素。在含稀土類的鋁石榴石晶體為LuAG時，活化劑優(yōu)選 為鈧(Sc)、鑭(La)和鉍(Bi)中的至少一種。含稀土類的鋁石榴石 晶體為YAG時，活化劑優(yōu)選為Sc和La中的至少一種。該多晶膜的紫 外發(fā)光峰值波長為300nm以下。從后述的實施例可知，該多晶膜的優(yōu) 選的厚度為0.1μm以上且10μm以下。另外，優(yōu)選的活化劑濃度為0.001 原子百分比以上且10原子百分比以下。

圖3是表示本實施方式的發(fā)光層22中能夠使用的添加有活化劑的 含稀土類的鋁石榴石晶體的具體例的圖表。圖3記載了對應于各活化 劑和各母材的組合的紫外發(fā)光峰值波長(單位：nm)。如圖3所示，作 為添加有活化劑含稀土類的鋁石榴石晶體的例子，可以列舉La:LuAG、 Sc:LuAG、Bi:LuAG、La:YAG和Sc:YAG。此外，這些紫外發(fā)光峰值波 長為300nm以下，根據(jù)活化劑的濃度變動。

在發(fā)光層22中，既可以不同種類的含稀土類的鋁石榴石晶體(例 如LuAG和YAG)混合存在，也可以不同種類的活化劑(例如La、Sc 和Bi中的至少2種)混合存在。

接著，對于制造本實施方式的紫外光產(chǎn)生用靶20的方法進行說明。 圖4是表示該制造方法所使用的激光消融裝置50的構(gòu)成的示意圖。圖 4所示的激光消融裝置50具備真空容器51、配置在真空容器51的底 面上的試樣載置臺52、和激光導入口54。激光導入口54將對于原料 53照射的激光束B導入真空容器51的內(nèi)部。原料53載置在試樣載置 臺52上。此外，在激光導入口54提供例如來自KrF準分子激光的激 光束(波長248nm)。

此外，激光消融裝置50具備旋轉(zhuǎn)支架55、用于加熱基板21的加 熱器56、和用于在真空容器51的內(nèi)部供給氧氣的氣體導入口57。旋 轉(zhuǎn)支架55支撐配置在原料53的上方的基板21。旋轉(zhuǎn)支架55，以基板 21的主面21a與原料53相對而露出的狀態(tài)，能夠以連接原料53和基 板21的軸線為中心進行旋轉(zhuǎn)的方式，保持基板21。

圖5是表示紫外光產(chǎn)生用靶20的制造方法的流程圖。首先，在基 板21上蒸鍍非晶態(tài)的膜(第一工序S1)。具體而言，首先，作為原料 53，制作以規(guī)定比例包含含有Lu和Si的氧化物(例如LPS或LSO) 和活化劑(例如Pr)的陶瓷?；蛘?，作為原料53，制作以規(guī)定比例包 含用于含稀土類的鋁石榴石結(jié)晶(例如LuAG或YAG)的材料和活化 劑(例如Sc、La、或Bi)的陶瓷(工序S11)。此外，這些添加有活化 劑的含稀土類的鋁石榴石晶體的紫外發(fā)光峰值波長為300nm以下。

接著，準備基板21，將該基板21設(shè)置于激光消融裝置50的旋轉(zhuǎn) 支架55，并且將工序S11中制作的原料53載放于試樣載置臺52(工 序S12)。然后，對真空容器51的內(nèi)部排氣(工序S13)，通過加熱器 56將基板21加熱到規(guī)定溫度(例如800℃)(工序S14)。然后，一邊 從氣體導入口57向真空容器51的內(nèi)部供給氧氣，一邊對原料53照射 激光束B(工序S15)。由此，原料53接受激光束B而蒸發(fā)，在真空 容器51的內(nèi)部飛散。該飛散的原料53的一部分附著于基板21的主面 21a，形成非晶態(tài)的膜。

接著，對在基板21的主面21a上形成的非晶態(tài)的膜進行熱處理， 將非晶態(tài)的膜多晶化(第二工序S2)。具體而言，將形成了非晶態(tài)的膜 的基板21從激光消融裝置50中取出，投入熱處理爐(工序S21)。然 后，將熱處理爐的爐內(nèi)溫度設(shè)定為例如比1000℃高的溫度，通過維持 該溫度規(guī)定時間，對基板21上的非晶態(tài)的膜進行熱處理(退火)(工 序S22)。此時，熱處理后的非晶態(tài)的膜進行多晶化。

關(guān)于由本實施方式得到的效果進行說明。從后述的各實施例可知， 發(fā)現(xiàn)通過將添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物晶體或添加有活化 劑的含稀土類的鋁石榴石晶體作為多晶膜形成在紫外光透射性的基板 21上，能夠抑制制造成本，并且顯著提高紫外光產(chǎn)生效率。

即，在根據(jù)本實施方式的紫外光產(chǎn)生用靶20中，由于發(fā)光層22 包含由添加有活化劑的含有Lu和Si的氧化物構(gòu)成的多晶膜、或者由 添加有活化劑的含稀土類的鋁石榴石構(gòu)成的多晶膜，所以與單晶時相 比較，能夠有效地提高紫外光產(chǎn)生效率。此外，在根據(jù)本實施方式的 紫外光產(chǎn)生用靶20中，由于在紫外光透射性的基板21上形成有上述 多晶膜，所以與使用多晶基板時相比較能夠抑制制造成本，另外，能 夠提高紫外光的透射率。

另外，如本實施方式這樣，基板21優(yōu)選由藍寶石、石英或水晶構(gòu) 成。由此，紫外光透射基板，且在工序S22中，能夠以高溫對非晶態(tài) 的膜進行熱處理。

另外，如本實施方式這樣，發(fā)光層22的多晶膜的厚度優(yōu)選為0.1μm 以上且10μm以下。從后述的各實施例可知，多晶膜的厚度，為了不透 射電子束而有助于發(fā)光，優(yōu)選為0.1μm以上，另外，從生產(chǎn)率的觀點 出發(fā)，優(yōu)選為10μm以下。具有這樣的厚度的多晶膜能夠更加有效地提 高紫外光產(chǎn)生效率。

另外，在本實施方式的制造方法中，在基板21上蒸鍍非晶態(tài)的膜 之后，對該非晶態(tài)的膜進行熱處理。在第一工序S1中，非晶態(tài)的膜在 基板21上形成，但即使對非晶態(tài)的膜照射電子束也幾乎不產(chǎn)生紫外光。 相對于此，在第二工序S2中如果對非晶態(tài)的膜進行熱處理，則能夠使 非晶態(tài)的膜多晶化，能夠以高效率制造產(chǎn)生紫外光的紫外光產(chǎn)生用靶。 此外，也可以同時進行第一工序S1和第二工序S2。

接著，以下說明關(guān)于上述實施方式的實施例。以下所述的第一～ 第六實施例是有關(guān)發(fā)光層22的多晶膜由Pr:LSO多晶構(gòu)成的情況的實 施例。可以認為通過這些實施例發(fā)現(xiàn)的事實在與Pr:LSO多晶具有相同 特性的添加活化劑的含有Lu和Si的氧化物多晶、例如Pr:LPS多晶中 也同樣。

(第一實施例)

在本實施例中，首先，作為原料53，制作包含0.5原子百分比的 Pr的含LSO陶瓷。接著，將該含Pr:LSO陶瓷載放于激光消融裝置50 的試樣載置臺52，并且將直徑2英寸的藍寶石基板設(shè)置于旋轉(zhuǎn)支架55。 含Pr:LSO陶瓷與藍寶石基板的距離為150mm。然后，對真空容器51 的內(nèi)部排氣，將藍寶石基板加熱到500℃。然后，一邊向真空容器51 的內(nèi)部供給氧氣，一邊對原料53照射120分鐘激光束B，制作非晶態(tài) 的膜。此時，作為激光束B的激光光源，使用KrF準分子激光(150mJ、 40Hz)。然后，將藍寶石基板投入熱處理爐，將藍寶石基板和非晶態(tài)的 膜在真空(10^-2Pa)中在1200℃加熱2小時。

圖6(a)是表示熱處理前的非晶態(tài)的膜的X射線衍射測定結(jié)果的 圖。另外，圖6(b)是表示熱處理后的膜的X射線衍射測定結(jié)果的圖。 如這些圖所示，熱處理前，只觀察到源自Lu₂O₃的衍射線(圖中以× 圖標表示)和半值寬度大的衍射線，但在熱處理后，觀察到了源自 Pr:LSO晶體的衍射線(圖中以○圖標表示)。從這些圖可知，非晶態(tài)的 膜通過熱處理變成Pr:LSO多晶膜。

另外，圖7(a)和圖7(b)是分別關(guān)于熱處理前和熱處理后的Pr:LSO 膜的表面的SEM照片。參照圖7(b)，與圖7(a)不同，觀察的是以 每數(shù)微米程度細分化的區(qū)域。從該事實可知，非晶態(tài)的膜通過熱處理 變成Pr:LSO多晶。

圖8是表示對Pr:LSO膜照射電子束得到的紫外光的光譜的圖。在 圖8中，圖譜G11表示熱處理后的Pr:LSO膜的發(fā)光光譜，圖譜G12 表示熱處理前的Pr:LSO膜的發(fā)光光譜。其中，關(guān)于熱處理前的膜，沒 有發(fā)光。在這些圖譜中，將電子束的加速電壓設(shè)為10kV，將電子束的 強度(電流量)設(shè)為100μA，將電子束的直徑設(shè)為2mm。從圖8可知， 在熱處理前的非晶態(tài)的膜中，即使照射電子束也幾乎不產(chǎn)生紫外光。 相對于此，在熱處理后的多晶的Pr:LSO膜中，通過照射電子束，紫外 光合適地發(fā)生。

(第二實施例)

在本實施例中，將第一實施例中設(shè)為真空中的熱處理時的氣氛設(shè) 為在大氣中。此外，其他的工序和條件等與第一實施例相同。根據(jù)本 實施例制作得到的Pr:LSO膜的進行X射線衍射測定得到的結(jié)果，與圖 6(b)同樣，觀察到了源自Pr:LSO結(jié)晶的衍射線。

另外，圖9是表示對Pr:LSO膜照射電子束得到的紫外光的光譜的 圖。在圖9中，圖譜G21表示通過第一實施例(在真空中進行熱處理) 制作得到的Pr:LSO膜的發(fā)光光譜，圖譜G22表示通過本實施例(在大 氣中進行熱處理)制作得到的Pr:LSO膜的發(fā)光光譜。其中，將電子束 的加速電壓設(shè)為10kV，將電子束的強度(電流量)設(shè)為100μA，將電 子束的直徑設(shè)為2mm。從圖9可知，與真空中進行了熱處理的Pr:LSO 膜相比較，在大氣中進行了熱處理的Pr:LSO膜中，通過電子束的照射 產(chǎn)生的紫外光的峰值強度格外增大(即發(fā)光效率格外提高)。

另外，圖10是表示作為比較例，對于含Pr:LSO多晶的基板以與 本實施例相同的條件照射電子束而得到的紫外光的光譜的圖。其中， 在圖10中，圖譜G31表示關(guān)于含Pr:LSO多晶的基板的發(fā)光光譜，圖 譜G32與圖9的圖譜G22相同。從圖10可知，與含Pr:LSO多晶的基 板相比較，在Pr:LSO多晶薄膜中，通過電子束的照射產(chǎn)生的紫外光的 峰值強度格外增大(即發(fā)光效率格外提高)。

(第三實施例)

發(fā)明人對于Pr:LSO多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系進行 了實驗。即，以各種成膜時間制作Pr:LSO多晶膜，使用高度計測定它 們的厚度后，測量照射電子束產(chǎn)生的紫外光的峰值強度。圖11是繪制 作為其結(jié)果的Pr:LSO多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系得到的 圖。

參照圖11，在Pr:LSO多晶膜的厚度低于某個程度的值(約800nm) 的情況下，Pr:LSO多晶膜越厚則紫外光的峰值強度越大，發(fā)光效率越 高。但是，如果Pr:LSO多晶膜的厚度超過該值，則紫外光的峰值強度 的增大變小。另外，從該圖可知，如果Pr:LSO多晶膜的厚度在0.1μm 以上，則可以得到足夠?qū)嵱玫淖贤夤鈴姸?發(fā)光效率)。

(第四實施例)

在本實施例中，首先，蒸鍍含有Pr:LSO的材料，制作3個非晶態(tài) 的膜。然后，對于它們中的2個非晶態(tài)的膜，在真空中將熱處理溫度 分別設(shè)為1000℃、1200℃進行熱處理，制作2個Pr:LSO多晶膜。另外， 對于剩余的1個，不實施熱處理。此外，其他的工序和條件等與第一 實施例相同。對于這樣制作得到的3個Pr:LSO膜分別照射電子束(加 速電壓10kV、電子束的強度(電流量)100μA)，測量產(chǎn)生的紫外光的 光譜。

圖12是表示測量得到的光譜的圖。其中，在圖12中，圖譜G40 表示無熱處理的情況，圖譜G41表示將熱處理溫度設(shè)為1000℃的情況， 圖譜G42表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃的情況。如圖12所示，判明 了Pr:LSO膜的熱處理溫度越高，則紫外光的峰值強度越大，發(fā)光效率 越高。

另外，圖13是關(guān)于熱處理后的Pr:LSO多晶膜的表面的SEM照片。 圖13(a)表示沒有實施熱處理時的Pr:LSO膜表面，圖13(b)表示 將熱處理溫度設(shè)為1000℃時的Pr:LSO膜表面，圖13(c)表示將熱處 理溫度設(shè)為1200℃時的Pr:LSO膜表面。參照圖13可知，熱處理溫度 越高則Pr:LSO的結(jié)晶化越進展。

(第五實施例)

在本實施例中，首先，蒸鍍含有Pr:LSO的材料制作3個非晶態(tài)的 膜。然后，對于它們中的2個非晶態(tài)的膜，在大氣中將熱處理溫度分 別設(shè)為1200℃、1400℃進行熱處理，制作2個Pr:LSO多晶膜。另外， 對于剩余的1個，不實施熱處理。此外，其他的工序和條件等與第一 實施例相同。對于這樣制作得到的3個的Pr:LSO膜照射電子束(加速 電壓10kV、電子束的強度(電流量)100μA)，測量產(chǎn)生的紫外光的光 譜。

圖14是表示測量得到的光譜的圖。其中，在圖14中，圖譜G50 表示無熱處理的情況，圖譜G51表示將熱處理溫度設(shè)為1000℃的情況， 圖譜G52表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃的情況。如圖14所示，在大 氣中進行了熱處理的情況下，在Pr:LSO膜的熱處理溫度為1200℃時和 為1400℃時，成為大致相同的發(fā)光特性。

另外，也如圖9所示，熱處理時的氣氛為大氣壓時的發(fā)光峰值強 度(紫外發(fā)光峰值波長275nm)為熱處理時的氣氛為真空時的發(fā)光峰 值強度的約1.5倍。因此，熱處理時的氣氛更優(yōu)選為大氣壓。另外，在 熱處理時的氣氛為大致大氣壓的情況和真空的情況的雙方時，熱處理 溫度優(yōu)選為1000℃以上。特別是熱處理溫度如果為1200℃～1900℃則 更為優(yōu)選。

(第六實施例)

在本實施例中，蒸鍍含有Pr:LSO的材料制作4個非晶態(tài)的膜，對 這些非晶態(tài)的膜，用設(shè)為真空氣氛的熱處理爐進行將熱處理溫度分別 設(shè)為1000℃、1200℃、1400℃、1500℃的熱處理(2小時)，由此形成 Pr:LSO多晶膜。此外，其他的工序和條件等與第一實施例相同。對這 樣制作得到的Pr:LSO多晶膜照射電子束(加速電壓10kV、電子束的 強度(電流量)100μA)，測量產(chǎn)生的紫外光的光譜。

圖15是表示將測得的發(fā)光光譜用峰值歸一化后的光譜的圖。其中， 在圖15中，圖譜G61表示將熱處理溫度設(shè)為1000℃的情況，圖譜G62 表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃的情況，圖譜G63表示將熱處理溫度設(shè) 為1400℃的情況，圖譜G64表示將熱處理溫度設(shè)為1500℃的情況。如 圖15所示，熱處理溫度為1000℃時，紫外發(fā)光峰值波長為285nm，熱 處理溫度為1200℃時，紫外發(fā)光峰值波長為275nm，熱處理溫度為1400 ℃時，紫外發(fā)光峰值波長為310nm和275nm，熱處理溫度為1500℃時， 紫外發(fā)光峰值波長為310nm。這樣，紫外發(fā)光峰值波長根據(jù)熱處理溫 度發(fā)生變化，因此優(yōu)選根據(jù)紫外光產(chǎn)生用靶所要求的紫外光的波長來 設(shè)定熱處理溫度。

接著，以下說明上述實施方式所涉及的其他的實施例。以下所述 的第七～第十三實施例為關(guān)于發(fā)光層22的多晶膜由Pr:LuAG多晶構(gòu)成 的情況的實施例。由這些實施例發(fā)現(xiàn)的事實可以認為在與Pr:LuAG多 晶具有類似組成的添加活化劑的含稀土類的鋁石榴石多晶、例如 Sc:LuAG多晶、La:LuAG多晶、Bi:LuAG多晶、Sc:YAG多晶和La:YAG 多晶中也同樣。

(第七實施例)

在本實施例中，首先，作為原料53，制作含有0.8原子百分比的 Pr的陶瓷。接著，將該Pr:LuAG陶瓷載放于激光消融裝置50的試樣載 置臺52，并且將直徑2英寸的藍寶石基板設(shè)置于旋轉(zhuǎn)支架55。Pr:LuAG 陶瓷與藍寶石基板的距離為150mm。然后，將真空容器51的內(nèi)部排氣， 將藍寶石基板加熱到1000℃。然后，一邊向真空容器51的內(nèi)部供給氧 氣，一邊對原料53照射60分鐘激光束B，制作非晶態(tài)的膜。此時， 作為激光束B的激光光源使用KrF準分子激光(100mJ、100Hz)。然 后，將藍寶石基板投入熱處理爐，將藍寶石基板和非晶態(tài)的膜在大氣 中以1400℃加熱2小時。

圖16(a)是表示熱處理前的非晶態(tài)的膜的X射線衍射測定結(jié)果 的圖。另外，圖16(b)是表示熱處理后的膜的X射線衍射測定結(jié)果 的圖。如這些圖所示，在熱處理前，僅觀察到源自藍寶石基板的衍射 線(圖中用×圖標表示)，但在熱處理后，除了該衍射線以外還觀察到 源自Pr:LuAG晶體的衍射線(圖中用○圖標表示)。從這些圖可知，非 晶態(tài)的膜通過熱處理變成Pr:LuAG多晶。

圖17是表示對Pr:LuAG膜照射電子束而得到的紫外光的光譜的 圖。在圖17中，圖譜G71表示作為蒸鍍材料(激光消融的原材料)的 Pr:LuAG多晶的發(fā)光光譜，圖譜G72表示熱處理后的Pr:LuAG膜的發(fā) 光光譜，圖譜G73表示熱處理前的Pr:LuAG膜的發(fā)光光譜。其中，關(guān) 于熱處理前的膜，沒有發(fā)光。其中，將電子束的加速電壓設(shè)為10kV， 將電子束的強度(電流量)設(shè)為100μA，將電子束的直徑設(shè)為2mm。 從圖17可知，在熱處理前的非晶態(tài)的膜中，即使照射電子束也幾乎不 產(chǎn)生紫外光。相對于此，在熱處理后的多晶的Pr:LuAG膜中，通過照 射電子束，紫外光合適地發(fā)生。

(第八實施例)

在本實施例中，將第七實施例中設(shè)為1000℃的Pr:LuAG成膜時的 藍寶石基板的溫度設(shè)為800℃。另外，將第七實施例中設(shè)為1400℃的 熱處理溫度設(shè)為1600℃。其他的工序和條件等與第七實施例相同。

通過本實施例制作得到的Pr:LuAG膜的進行X射線衍射測定得到 的結(jié)果，與圖16(b)同樣地，觀察到了源自Pr:LuAG晶體的衍射線。 另外，圖18(a)和圖18(b)分別是關(guān)于熱處理前和熱處理后的Pr:LuAG 膜的表面的SEM照片。參照圖18(b)，與圖18(a)不同，觀察的是 以每數(shù)微米程度細分化的區(qū)域。從這些事實可知，非晶態(tài)的膜通過熱 處理變成Pr:LuAG多晶。另外，當對該Pr:LuAG多晶膜照射電子束時， 則得到了與圖17的圖譜G72具有相同峰值波長的光譜的紫外光。但是， 其峰值強度比圖17的圖譜G72大，因此發(fā)光效率比第七實施例高。

(第九實施例)

在本實施例中，將第八實施例中設(shè)為大氣中的熱處理時的氣氛設(shè) 為真空(10^-2Pa)。此外，其他工序和條件等與第八實施例相同。通過 本實施例制作得到的Pr:LuAG膜的進行X射線衍射測定得到的結(jié)果， 與圖16(b)同樣觀察到了源自Pr:LuAG晶體的衍射線。

另外，圖19是表示對Pr:LuAG膜照射電子束而得到的紫外光的光 譜的圖。在圖19中，圖譜G81表示通過第八實施例(在大氣中進行熱 處理)制作得到的Pr:LuAG膜的發(fā)光光譜，圖譜G82表示通過本實施 例(在真空中進行熱處理)制作得到的Pr:LuAG膜的發(fā)光光譜。其中， 將電子束的加速電壓設(shè)為10kV，將電子束的強度(電流量)設(shè)為100μA， 將電子束的直徑設(shè)為2mm。從圖19可知，與在大氣中進行了熱處理的 Pr:LuAG膜相比較，在真空中進行了熱處理的Pr:LuAG膜中，通過電 子束的照射產(chǎn)生的紫外光的峰值強度格外增大(即發(fā)光效率格外提 高)。

另外，圖20是表示比較例，對Pr:LuAG單晶基板以與本實施例相 同條件照射電子束所得到的紫外光的光譜的圖。其中，在圖20中，圖 譜G91表示關(guān)于Pr:LuAG單晶基板的發(fā)光光譜，圖譜G92與圖19的 圖譜G82相同。從圖20可知，與Pr:LuAG單晶基板相比較，在Pr:LuAG 多晶薄膜時，通過電子束的照射產(chǎn)生的紫外光的峰值強度格外增大(即 發(fā)光效率格外提高)。

圖21是表示使電子束的強度(電流量)變化時的紫外光的峰值強 度的變化的圖。在圖21中，圖譜G101表示關(guān)于通過本實施例制作得 到的Pr:LuAG多晶薄膜的發(fā)光光譜，圖譜G102表示關(guān)于比較例的 Pr:LuAG單晶基板的發(fā)光光譜。如圖21所示，判明了在通過本實施例 制作得到的Pr:LuAG多晶薄膜中，電子束的強度和紫外光的峰值強度 具有極為良好的比例關(guān)系(高的直線性)。另外判明了，在通過本實施 例制作得到的Pr:LuAG多晶薄膜中，不論電子束的強度，都能夠?qū)崿F(xiàn) 比Pr:LuAG單晶基板大的峰值強度，且即使在電子束強的區(qū)域也可以 抑制發(fā)光效率的降低。

(第十實施例)

發(fā)明人對于Pr:LuAG多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系進 行了實驗。即，以各種成膜時間制作Pr:LuAG多晶膜，使用段差計測 定它們的厚度后，測量照射電子束產(chǎn)生的紫外光的峰值強度。圖22是 表示作為其結(jié)果的Pr:LuAG多晶膜的厚度和紫外光的峰值強度的關(guān)系 的圖。其中，圖中的曲線G105為近似曲線。

參照圖22，在Pr:LuAG多晶膜的厚度低于某個程度的值(約 500nm)時，Pr:LuAG多晶膜越厚則紫外光的峰值強度越大，發(fā)光效率 越高。但是，如果Pr:LuAG多晶膜的厚度超過該值，則紫外光的峰值 強度幾乎不增大，或者相反降低。另外，從該圖可知，如果Pr:LuAG 多晶膜的厚度為0.1μm以上，則可以得到足夠?qū)嵱玫淖贤夤鈴姸?發(fā) 光效率)。

(第十一實施例)

發(fā)明人對于含Pr:LuAG材料的Pr濃度和紫外光的峰值強度的關(guān)系 進行了實驗。即，制作各種Pr濃度的含Pr:LuAG材料，使用這些材料 制作Pr:LuAG多晶膜，測量對這些Pr:LuAG多晶膜照射電子束產(chǎn)生的 紫外光的峰值強度。其中，在該實施例中，將熱處理溫度設(shè)為1600℃。 圖23是表示作為其結(jié)果的含Pr:LuAG材料的Pr濃度和紫外光的峰值 強度的關(guān)系的圖。其中，圖中的曲線G106為近似曲線。

參照圖23，含Pr:LuAG材料中的Pr濃度低于某個程度的值(約 0.7原子百分比)時，Pr濃度越大，則紫外光的峰值強度越大，發(fā)光效 率越高。但是，當含Pr:LuAG材料的Pr濃度超過該值時，紫外光的峰 值強度反而會降低。另外，從該圖可知，含Pr:LuAG材料的Pr濃度優(yōu) 選為0.05原子百分比以上且2.0原子百分比以下，更優(yōu)選為0.1原子百 分比以上且1.0原子百分比以下?？芍纱丝梢缘玫阶銐?qū)嵱玫淖贤夤? 強度。

以上，在本實施例中，對含Pr:LuAG材料的Pr濃度和紫外光的峰 值強度的關(guān)系進行了敘述，對于Pr:LuAG多晶膜的Pr濃度和紫外光的 峰值強度的關(guān)系，可以認為與圖22所示的圖具有同樣的傾向。其中， Pr:LuAG多晶膜的Pr濃度的合適的范圍例如為0.001原子百分比以上 且10原子百分比以下。

(第十二實施例)

在本實施例中，蒸鍍含有Pr:LuAG的材料制作6個非晶態(tài)的膜， 將在真空中將熱處理溫度分別設(shè)為1200℃、1400℃、1500℃、1600℃、 1700℃、1800℃和1900℃，這些非晶態(tài)的膜形成Pr:LuAG多晶膜。此 外，其他工序和條件等與第八實施例相同。對這樣制作得到的Pr:LuAG 多晶膜照射電子束(加速電壓10kV、電子束的強度(電流量)100μA)， 測量產(chǎn)生的紫外光的光譜。

圖24是表示測量得到的光譜的圖。其中，在圖24中，圖譜G110 表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃的情況，圖譜G111表示將熱處理溫度 設(shè)為1400℃的情況，圖譜G112表示將熱處理溫度設(shè)為1500℃的情況， 圖譜G113表示將熱處理溫度設(shè)為1600℃的情況，圖譜G114表示將熱 處理溫度設(shè)為1700℃的情況，圖譜G115表示將熱處理溫度設(shè)為1800 ℃的情況，圖譜G116表示將熱處理溫度設(shè)為1900℃的情況。如圖24 所示，判明了Pr:LuAG膜的熱處理溫度越高，則紫外光的峰值強度越 大，發(fā)光效率越高。另外判明了，在熱處理溫度為1800℃～1900℃這 樣的極高溫度的情況下，在光譜中出現(xiàn)尖銳的發(fā)光峰值波形。此外， 在將熱處理溫度設(shè)為1200℃時并不發(fā)光。利用寬波長域時優(yōu)選設(shè)為 1400℃～1800℃，利用發(fā)光峰波形時優(yōu)選設(shè)為1800℃～1900℃。

另外，圖25是關(guān)于熱處理后的Pr:LuAG多晶膜的表面的SEM照 片。圖25表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃、1400℃、1500℃、1600℃、 1700℃、1800℃和1900℃時的各個SEM照片。參照圖25可知，熱處 理溫度越高，則Pr:LuAG的結(jié)晶化越進展。另外，在1200℃中，觀察 到Pr:LuAG多晶膜的表面為與圖18(a)所示的熱處理前的非晶態(tài)的 膜大致相同的狀態(tài)。

(第十三實施例)

在本實施例中，蒸鍍含有Pr:LuAG的材料制作4個非晶態(tài)的膜， 對這些非晶態(tài)的膜，用設(shè)為大氣氣氛的熱處理爐進行將熱處理溫度分 別設(shè)為1200℃、1400℃、1600℃和1700℃的熱處理，由此形成Pr:LuAG 多晶膜。此外，其他的工序和條件等與第八實施例相同。對這樣制作 得到的Pr:LuAG多晶膜照射電子束(加速電壓10kV、電子束的強度(電 流量)100μA)，測量產(chǎn)生的紫外光的光譜。

圖26是表示測量得到的光譜的圖。其中，在圖26中，圖譜G120 表示將熱處理溫度設(shè)為1200℃的情況，圖譜G121表示將熱處理溫度 設(shè)為1400℃的情況，圖譜G122表示將熱處理溫度設(shè)為1700℃的情況， 圖譜G123表示將熱處理溫度設(shè)為1600℃的情況。如圖26所示可知， 即使在大氣中進行熱處理的情況下，也是熱處理溫度越高，則紫外光 的峰值強度越大，發(fā)光效率越高。但是，在發(fā)光效率最高的是將熱處 理溫度設(shè)為1600℃的情況。此外，即使在該情況下，將熱處理溫度設(shè) 為1200℃時并不發(fā)光。

另外，熱處理時的氣氛為大氣壓時的峰值強度(310nm)是熱處理 時的氣氛為真空時的約2/3。熱處理時的氣氛優(yōu)選為大致大氣壓或者 比大氣壓低的氣氛下。另外，作為比大氣壓低的氣氛，更優(yōu)選為真空 (10^-2Pa以下)。另外，在熱處理時的氣氛為大致大氣壓的情況和真空 的情況的雙方時，熱處理溫度優(yōu)選為1400℃以上。特別是如果熱處理 溫度為1400℃～1900℃，則更為優(yōu)選。

本發(fā)明的一個方面涉及的紫外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外光源 和紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法不限于上述的實施方式，能夠進行其他 各種變形。例如，在上述實施方式和各實施例中，首先通過蒸鍍形成 非晶態(tài)的膜，將該膜通過熱處理得到多晶膜，但多晶膜不限于這樣的 制法，也可以通過其他的制法制作。

工業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明的一個方面涉及的紫外光產(chǎn)生用靶、電子束激發(fā)紫外 光源以及紫外光產(chǎn)生用靶的制造方法，能夠提高紫外光產(chǎn)生效率。

符號說明

10…電子束激發(fā)紫外光源、11…容器、12…電子源、13…引出電 極、16…電源部、20…紫外光產(chǎn)生用靶、21…基板、21a…主面、21b… 背面、22…發(fā)光層、23…鋁膜、50…激光消融裝置、51…真空容器、 52…試樣載置臺、53…原料、54…激光導入口、55…旋轉(zhuǎn)支架、56… 加熱器、57…氣體導入口、B…激光束、EB…電子束、UV…紫外光。