[發明專利]鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010797170.2
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111816719B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 楊斌;李駿馳;牛廣達
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/115;H01L31/18
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明涉及一種鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器，其包括鈣鈦礦單晶以及位于鈣鈦礦單晶兩側相對設置的電極，所述鈣鈦礦單晶的分子式為Cs_(1?x)Rb_xPb(Br_(1?y)I_y)₃，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.3。相比較現有技術，本發明的全無機鹵素鈣鈦礦單晶的制備過程更簡單、成本也更低。相比較于多晶鈣鈦礦薄膜，本發明使用的鈣鈦礦單晶具有載流子遷移率更高、載流子壽命更長、穩定性更好等優勢，因而使X射線探測器性能更優。

技術領域

本發明屬于X射線探測器領域，具體涉及一種鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法。

背景技術

X射線探測器在醫療檢測、工業無損檢測和安全檢查等領域具有很高的應用價值。目前，常用的X射線探測器分類是按照其高能X射線光子轉換為電荷載流子的轉化方法分類：一類是間接型X射線探測器，一類是直接型X射線探測器。間接型X射線探測器是利用閃爍體材料先將高能輻射轉化為可見光，再利用基于Si材料的傳統光電探測器對可見光進行探測間接獲得與輻射相關的信號，具有響應時間快、檢測劑量低等優點，但是由于閃爍體材料光轉化過程中的光損失和光散射，會造成探測器量子效率低及成像質量差等缺陷。直接型X射線探測器是基于CdZnTe、非晶Se等高原子序數材料制備而成，X射線在這些材料中能激發電子-空穴對獲得光電流，從而可以直接探測到與高能輻射相關的信號。相比間接型X射線探測器，直接型X射線探測器由于不涉及與閃爍體材料相關的光轉化過程，因此成像質量更好。但是上述的直接型X射線探測器的傳統材料具有信噪比低、工作電壓高、信號讀取時間長等缺點。以上述這些材料為基礎的已商業化的X射線探測器在工作溫區寬度、耐輻照強度以及低成本化等方面都急需得到改進。

目前，基于鹵素鈣鈦礦材料的X射線探測器因其良好的X射線探測性能以及制備成本低等優勢，已展現出良好的發展前景。其中，有機-無機雜化鹵素鈣鈦礦（例如CH₃NH₃PbX₃，X = I，Br，Cl）具有非常高的載流子遷移率壽命乘積、大的電阻阻值，以及較強的X射線吸收性能，已經被證明是極有前途的X射線輻射探測器材料。一般來說，基于有機-無機雜化鈣鈦礦的X射線探測器比市售的Si、α-Se、CZT輻射探測器具有相當或更好的靈敏度。但基于有機-無機雜化鈣鈦礦的X射線探測器仍然存在以下問題：

有機-無機雜化鈣鈦礦材料的有機和無機組分之間的結合力弱，在熱和濕氣侵蝕下容易發生結構退化，導致鈣鈦礦光電器件的穩定性存在嚴重問題。此外，目前的鈣鈦礦光電器件均以微晶或多晶形貌的鈣鈦礦薄膜為主，其內部存在的晶界、空隙和缺陷會導致電流密度-電壓曲線有滯后效應、降低載流子遷移率和提高載流子的復合概率，這些因素都影響了基于有機-無機雜化鈣鈦礦材料的X射線探測器的靈敏度、性能穩定性和使用壽命。

發明內容

（一）要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器，使用單晶全無機鈣鈦礦替代微晶或多晶有機-無機雜化鈣鈦礦，以解決現有技術中以有機-無機雜化鈣鈦礦微晶/多晶薄膜為主的光電器件中存在的X射線探測性能及長期穩定性差的問題。本發明還涉及所述全無機鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器的制備方法。

（二）技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

一種鹵素鈣鈦礦單晶X射線探測器，其包括鈣鈦礦單晶以及位于鈣鈦礦單晶兩側相對設置的電極，所述鈣鈦礦單晶的分子式為Cs_(1-x)Rb_xPb(Br_(1-y)I_y)₃，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.3。

其中，當x=0時，表示為不摻雜銣的全無機鹵素鈣鈦礦單晶。