[發明專利]微柱結構CsI(Tl)X射線閃爍轉換屏的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201110442455.5
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102496400A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 顧牡;姚達林;劉小林;劉波;黃世明;倪晨
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G21K4/00
• 分類號: G21K4/00;G01T1/20
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于高分辨率數字化X射線成像技術領域，具體涉及一種微柱結構碘化銫（摻鉈）[化學式：CsI(Tl)]?X射線閃爍轉換屏的制備方法及其應用，所制備的閃爍轉換屏可同時滿足高空間分辨率和高探測效率的X射線成像要求。

背景技術

X射線成像在結晶學、醫學和生命科學、等離子體診斷、無損檢測和天體物理等諸多領域有著十分廣泛的應用。近年來隨著X射線成像技術特別是X射線斷層成像技術（X-ray?CT）的發展，通過感光膠片進行圖像記錄的方法已遠不能適應實際的需要。為此，人們先后發展起了X射線電荷耦合器件（X射線CCD）和X射線非晶硅光電二極管陣列（X射線a-Si:H），實現了X射線圖像的數字化記錄。

X射線CCD和X射線a-Si:H的基本原理是：由閃爍轉換屏將X射線圖像轉換成可見光圖像，再經光纖錐等將圖像耦合到普通的CCD或a-Si:H上。因此在可見光CCD和a-Si:H日臻完善的前提下，閃爍轉換屏的性能是影響X射線成像探測器件指標的關鍵。CsI(Tl)是目前最常用的閃爍轉換屏材料之一，其發射峰：-540nm，光產額：-64ph/keV，發光衰減時間：-0.8μs。就提高X射線成像空間分辨率的角度而言（如：乳腺X射線成像希望空間分辨率能達幾十μm量級），通常需要限制閃爍轉換屏的薄膜厚度，但較薄的厚度又很難滿足閃爍轉換屏對X射線（特別是硬X射線）探測的需要，因此普通的X射線轉換屏很難同時滿足高空間分辨率和高X射線探測效率的要求。

1969年C.?W.?Bates,?Jr.?和1974年A.?L.?N.?Stevels等最先報導采用真空熱蒸鍍可制備具有微柱結構的CsI薄膜，這種特殊的微柱結構可引導閃爍光沿柱向傳播，從而可有效提高X射線成像的空間分辨率；1991年起I.?Fujieda、V.?V.?Nagarkar?、Garnier等分別研究了蒸鍍舟溫度、襯底和襯底溫度、吸收和反射層涂覆等對轉換屏光輸出、調制傳遞函數、噪聲功率、探測量子效率等的影響；CsI(Tl)微柱中的多晶結構會引起閃爍光的吸收和散射，針對這一現象，2004年起A.?Ananenko、A.?Lebedinsky和A.?Fedorov等分別研究了襯底對微柱結晶性能的影響，在LiF(100)晶面上了制備出(110)和(112)兩種擇優晶面取向的CsI(Tl)微柱薄膜，但同時他們也在玻璃為襯底獲得了具有(110)和(112)兩種擇優晶面取向的CsI(Tl)微柱薄膜；2010年A.?Fedorov研究了CsI薄膜在LiF(100)晶面上的疏水特性，提出CsI微粒呈垂直于襯底表面的<110>擇優取向主要源于CsI與基片的表面能差異。

對于CsI(Tl)X射線閃爍轉換薄膜的研究，國內報道非常有限，2008年程峰等研究了退火溫度對CsI(T1)薄膜微觀結構和閃爍性能的影響，發現退火可影響CsI(T1)薄膜的結晶性能、Tl分布以及缺陷的數量和大小等；至今國內還未見有關微柱結構CsI(Tl)薄膜制備和研究較為系統的報道。

縱觀國內外研究現狀，盡管對于具有微柱結構CsI(Tl)?X射線轉換屏的研制國外已有報道，但其手段主要涉及蒸鍍溫度、襯底溫度等，對微柱在形貌、線寬、結晶性能等方面的調控能力有待進一步加強；而相應的研究國內還未見有較為系統的展開。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微柱結構CsI(Tl)?X射線閃爍轉換屏的制備方法及其應用。

本發明提出的微柱結構CsI(Tl)?X射線閃爍轉換屏的制備方法，以CsI(Tl)為原料，以玻璃、光纖面板或光纖錐等為襯底，采用熱蒸鍍技術，通過蒸鍍溫度、襯底溫度、制備氣氛等的調節，實現對轉換屏微柱形貌、線寬、結晶性能的有效控制，從而使所研制的CsI(Tl)?X射線閃爍轉換屏具有很好的空間分辨率。具體步驟如下：

(1)?將所用襯底用超聲法清洗干凈，烘干后干燥保存；

(2)?將步驟(1)所得襯底固定在蒸鍍室上方的工件架上，然后將稱取的CsI(Tl)粉末置于蒸鍍舟內，蒸鍍舟與襯底間的距離在10-30cm之間，蒸鍍舟與襯底之間設有擋板；

(3)?打開真空泵，控制蒸鍍室的真空度為1.0×10^-6-5.0×10^-3Pa；?

(4)?工件架配有加熱及旋轉設備，在抽真空過程中可調整襯底溫度，襯底溫度控制在室溫至350℃之間；在開始蒸鍍薄膜前使工件架以45-75rpm的轉速勻速旋轉；