[發明專利]一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構及其設計和制作方法

有效

• 申請號: 201610129492.3
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105679854B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 劉憶琨
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/18;H01L31/09
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 晁永升

技術領域

本發明屬于閃爍體輻射探測器，具體的涉及一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構及其設計和制作方法。

背景技術

閃爍體是一種能吸收高能粒子或射線，并能發射出可見或者近紫外光的一種材料，其可以是無機晶體也可以是有機物或是液體。閃爍體探測器一般有閃爍晶體，光輸出模塊和光電倍增管組成。閃爍體在收到激發后發出的光在輸出晶體后會被光輸出模塊收集并傳輸到光電倍增管中，從而轉換成電信號以便讀出。

當高能射線進入閃爍體中時，晶體受到激發從而向各個方向輻射出可見光。一般而言閃爍體晶體其折射率在1.8 到2.2 之間，根據折射定律，在晶體表面界面上只有角度小于全反射角的才能從表面輸出，并被光電倍增管所探測，而角度大于全反射角的光波將被反射回晶體內部，或從其他表面輸出（難以被倍增管探測），或是被晶體其他表面所鍍的反射層多次反射，在損失大量能量（對一般金屬反射介質而言每次反射約有10%左右的能量被吸收）后再從輸出端界面輸出。這樣就大大降低了到達光電倍增管的光強度，導致探測器的整體靈敏度被大大降低。因此消除全反射效應的影響對于提高閃爍體探測器的靈敏度有著重要的意義。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷（不足），提供一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構及其設計和制作方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構，其構成物質為折射率>1.8且透明的材料，其特征在于，所述微納米光子結構為二元結構，即結構由凸起和非凸起兩種區域組成；其中，凸起的高度d由閃爍體的發光波長λ和膜層構成物質的折射率n決定，其決定式為λ/2=nd；所述材料為氮化硅或二氧化鈦；其衍射特性具有以下特征：低階的衍射級強度較??；高階的衍射級強度較大。

進一步的，本發明還提供一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構的設計方法，其特征在于，采用自適應設計方法，具體包括以下步驟：

A.將微納米光子結構單元劃分成N*N個子單元，并在初始狀態下讓非凸起區域和凸起區域結構在這2N*2N個子單元中成隨機排布；

B按照“低階的衍射級強度較小、高階的衍射級強度較大”的特征設定目標函數；

C對所述微納米光子結構做傅里葉變換；

D將傅里葉變換結果與目標函數進行比較，如果比較結果表明目前的排布的傅里葉變換結果與目標函數一致，則次結果作為最終結果輸出；

E若比較結果不一致，則通過前述的自適應優化搜尋適合排布，直到獲得一致的比較結果，并輸出最終結果。

進一步的，作為優選技術方案，比較方法為作差法或計算自相關度。

進一步的，作為優選技術方案，所述自適應設計方法為二元搜索法、模擬退火法或遺傳基因算法。

進一步的，本發明還提供一種用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

1） 使用磁控濺射法在晶體光輸出端表面生長折射率>1.8并且透明的材料；

2） 在折射率>1.8并且透明的材料的外表面再次旋涂上一層光刻膠，使用光刻法將微納米光子結構制備于光刻膠上；所述微納米光子結構為權利要求1所述的準無序微納米光子結構；

3） 使用干法刻蝕將已成型于光刻膠上的微納米光子結構轉移至折射率>1.8并且透明的材料上。

與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是：

本發明提供的用于提高閃爍體探測器靈敏度的準無序微納米光子結構及其設計和制作方法可以提供更豐富的空間頻率，實現光場的精確控制，進而提升閃爍體的光輸出效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的掃描電鏡圖。

圖2為單個像素的結構設計圖。

圖3為傅里葉變換的結果，可見1—4階衍射被壓制，5-7階衍射被增強。

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的；相同或相似的標號對應相同或相似的部件；附圖中描述位置關系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。

實施例1