[發明專利]一種基于稀土氧化物閃爍體/半導體復合薄膜的X射線探測器的制備方法

有效

• 申請號: 202010154659.8
• 申請日: 2020-03-08
• 公開（公告）號: CN111430502B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 李岳彬;陶敏;陳思琦;柳維端;王成;李根;胡永明;顧豪爽
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/115;H01L31/0232
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公布了一種基于稀土氧化物閃爍體/半導體復合薄膜的X射線探測器的制備方法，該方法通過溶液電化學沉積制備的復合薄膜均勻致密，其中稀土氧化物閃爍體薄膜對X射線具有很好的響應，產生熒光；光電響應半導體沉積在其中稀土氧化物閃爍體薄膜的表面，能受熒光激發產生明顯的光電流響應，同時沉積在光電響應半導體周圍的導電體能傳輸光生載流子，能通過光電流判斷環境X射線的存在和輻照度。所制備的X射線探測器包括熒光反射層、透明導電玻璃襯底、稀土氧化物閃爍體薄膜、光電探測薄膜和SiO₂保護薄膜。本發明制備工藝簡單、原料易得、成本低，可在近室溫常壓下制備，在高能射線和高能粒子探測領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光電子信息材料領域，具體涉及一種基于稀土氧化物閃爍體/半導體復合薄膜的X射線探測器的制備方法。

背景技術

閃爍體能將高能粒子或射線轉為脈沖光，激發光電二極管產生電信號，監測電離輻射的存在與強度，在太空探測、核能源、核醫學及安全稽查等領域具有廣泛應用前景。基于閃爍體的X射線探測器具有便攜和小型化的特點，但目前商業化閃爍體仍然存在很多挑戰，如商業化NaI:T1和CsI:T1鹵化物閃爍體光學性能良好，但易潮解；鍺酸鉍(Bi₄Ge₃O₁₂，BGO)閃爍晶體不易潮解,閃爍效率高，但性能易受溫度影響；新近研究的PbWO₄閃爍晶體密度大，阻止能力強，但光學性能不易調控。在市場方面，X射線探測器需求日益劇增，但關鍵技術仍壟斷于一些歐美日科技公司。因此，發展成本低、結構穩定和光學性能可調的新型閃爍體，開發高靈敏的可視化探測器，對實現 X射線的安全使用意義重大。

稀土氧化物是一類具有密度大,發光效率高，熒光波長可調和透明度高等優異性能的閃爍體。例如，Lu₂O₃具有密度大和發光效率高的優點，可通過摻雜稀土離子調控熒光性能，有望耦合平面半導體光電器件，發展新型X射線探測系統。由于稀土閃爍體的熔點都高于 1500℃，目前主要采用單晶提拉和燒陶瓷的技術制備，前者存在成本高，技術難度大和產率低的問題，后者多通過溶液法獲得粉末，再通過高溫煅燒后形成陶瓷。近年來，真空靜壓退火技術的發展，極大的減少了粉末顆粒間的空隙，提高了陶瓷閃爍體的均勻致密性和透明性。但受限于目前的加工工藝，閃爍體陶瓷厚度較厚(0.5-30mm)且平面徑向尺寸受限(不超過50mm)，平面徑向尺寸與厚度成正比，不易調控，因此不易于大面積探測器的制備。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于稀土氧化物閃爍體/半導體復合薄膜的X射線探測器的制備方法。采用溶液電化學沉積技術在透明導電玻璃襯底表面實現稀土氧化物閃爍體薄膜和半導體薄膜的結構復合和功能耦合；其間，采用微電子工藝在閃爍體薄膜和半導體薄膜之間制備一層金屬叉指電極；采用磁控濺射儀在所述透明導電玻璃襯底背面濺射一層200-800nm厚度的金屬鋁膜，作為可見熒光反射層；采用電子束蒸法儀在半導體薄膜表面濺射了一層200-500nm厚度的SiO₂薄膜保護層。該方法制備薄膜的厚度、尺寸和光電性能易于調控，易于實現X射線的人眼可視化和數值化的探測，對稀土資源的節約型和高科技型開發和利用具有重要意義。

為實現本發明的目的所采取的技術方案如下：一種基于稀土氧化物閃爍體/半導體復合薄膜的X射線探測器的制備方法，包括以下步驟：

S1.透明導電玻璃襯底表面處理：使用去離子水、玻璃清洗劑、酒精、丙酮依次對導電襯底進行超聲清洗，然后使用等離子體對導電襯底表面進行潤濕性處理，或使用紫外照射及臭氧輻射對導電襯底表面進行潤濕性處理；

S2.制備稀土離子Ln³⁺的硝酸鹽溶液備用，該Ln³⁺表示Lu³⁺、 La³⁺、Y³⁺中的任一一種稀土離子；