[發明專利]一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器的制備方法

有效

• 申請號: 201710133192.7
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106847956B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 楊麗軍;楊盼;趙曉沖;王勁川
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/115;H01L31/18
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

本發明公開了一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器，該輻射探測器包括用于將高能輻射轉換成電子?空穴對的全無機鈣鈦礦單晶體，以及分別設置在全無機鈣鈦礦單晶體上方兩側、用于收集電子?空穴對的兩個電極；并且，本發明還提供了采用溶液法、布里奇曼法和蒸鍍的結合來制備該輻射探測器的方法，制備工藝簡單，操作方便，該輻射探測器中的全無機鈣鈦礦單晶具有禁帶寬度可調、高載流子遷移率、良好的兩極電荷傳輸特性、激子擴散長度超過1μm，而該輻射探測器結構簡單、設計合理、穩定性優異，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及輻射探測技術領域，具體涉及一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器的制備方法。

背景技術

半導體輻射探測器憑借其體積小、空間分辨率高和靈敏度高等優點，可以用于x、γ和β等高能射線的探測，廣泛應用于安保、國防、醫療與核電等行業。與光電探測器的原理相似，半導體輻射探測器中半導體材料吸收高能粒子的能量后會產生電子-空穴對，在兩極加上電壓后，電荷載流子就向兩極做漂移運動，收集電極上會感應出電荷，從而在外電路形成信號脈沖，完成信號采集。不同之處一方面在于高能粒子的穿透深度深，需要很厚的吸收材料，這就要求半導體具有較大的遷移率與載流子壽命之積(μτ)，確保較高的收集效率；另一方面，輻照射線的阻尼系數對吸收材料的原子序數特別敏感且正比于原子序數，而目前廣泛應用于輻射探測的Si、CZT(Cd0.9Zn0.1Te)和高純Ge等材料原子序數較小，使得半導體探測器敏感度不夠高、且價格昂貴，甚至需要低溫條件下使用，所以開發新型的半導體材料并將其應有于制備低成本、高靈敏度的輻射探測器是非常有必要的。

現有的半導體材料中，鈣鈦礦材料在諸如太陽能電池、光探測器等電子器件領域被廣泛地研究和應用。而其中，最近新出現的有機無機雜化鈣鈦礦材料具有非常優異的物理化學特性，是一種非常有潛力的應用于探測器的材料。然而，傳統的有機無機雜化的鈣鈦礦材料環境穩定性較差，限制了其應用范圍。因此，制備一種穩定性優異的全無機鈣鈦礦單晶來作為半導體輻射探測器的半導體材料對于鈣鈦礦基探測器的實際應用尤為重要。

發明內容

本發明的其中一個目的是為了提供一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器，該輻射探測器以全無機鈣鈦礦單晶作為射線探測材料，具有結構簡單、設計合理、穩定性優異的特點，且全無機鈣鈦礦單晶具有禁帶寬度可調、高載流子遷移率、良好的兩極電荷傳輸特性、激子擴散長度超過1μm，具有廣闊的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

半導體探測器有兩個電極，加有一定的偏壓。當入射粒子進入半導體探測器的靈敏區時，即產生電子-空穴對，在兩極加上電壓后，電荷載流子就向兩極作漂移運動﹐收集電極上會感應出電荷，從而在外電路形成信號脈沖。但在半導體探測器中，入射粒子產生一個電子－空穴對所需消耗的平均能量為氣體電離室產生一個離子對所需消耗的十分之一左右，因此半導體探測器比閃爍計數器和氣體電離探測器的能量分辨率好得多。因此，本發明提供的半導體探測器是一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器。

具體的說，該輻射探測器包括用于將高能輻射轉換成電子-空穴對的全無機鈣鈦礦單晶體，以及分別縱向設置在全無機鈣鈦礦單晶體上方兩側、用于收集電子-空穴對的兩個電極。

具體的說，所述全無機鈣鈦礦單晶體的材料為ABX₃，所述A為Cs、Cu、Na、K或Ru，B為Pb、Sn、Cu或Ge；X為Cl、Br、I或BF₄。

優選的，所述全無機鈣鈦礦單晶體為半導體鈣鈦礦CsPbBr₃單晶體。

具體的說，所述電極由Au、Ag或Ni制成，或者由石墨烯、碳纖維、納米碳管或導電石墨制成。

本發明的另一個目的則是為了提供一種基于全無機鈣鈦礦單晶的輻射探測器的制備方法，主要采用溶液法和布里奇曼法的結合來制備，其制備工藝簡單，操作簡便，制備的探測器靈敏度高，響應迅速；