[發(fā)明專利]基于無鉛鈣鈦礦單晶的核輻射探測(cè)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010842129.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN111933730A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常晶晶;林珍華;趙鵬;蘇杰;歐陽曉平;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/032
• 分類號(hào): H01L31/032;H01L31/115;H01L31/18
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發(fā)明公開了一種基于無鉛鈣鈦礦單晶的核輻射探測(cè)器及制備方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)鈣鈦礦吸收層含有有毒鉛元素和靈敏度較低的問題，其從下而上依次包括前電極(1)、鈣鈦礦吸收層(2)和背電極(3)。所述鈣鈦礦吸收層(2)采用無鉛鈣鈦礦晶體，其厚度為1～20mm；該無鉛鈣鈦礦晶體為A₂BX₆或A₂CC’X₆，其中：A為Cs、Rb、Na和K中的任意一種；B為Sn和Ge中的任意一種；C為Ag、Au和Cu中的任意一種；C’為Bi、Sb和In中的任意一種；X為Cl、Br和I中的任意一種。本發(fā)明由于采用無鉛鈣鈦礦作為核輻射吸收層，除去了有毒的鉛元素，提高了核輻射探測(cè)器的靈敏度，可用于核工業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核輻射探測(cè)器，可用于核工業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

核輻射探測(cè)器主要分為氣體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器三種類型。氣體探測(cè)器的原理是，被高能射線粒子電離的氣體分子在外加高壓下產(chǎn)生脈沖電流，其缺點(diǎn)是只能檢測(cè)高能射線粒子的數(shù)量，不能分辨高能射線粒子的能量。閃爍體探測(cè)器將高能射線粒子轉(zhuǎn)化為可見光，再通過光電二極管將可見光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其缺點(diǎn)是發(fā)光衰減時(shí)間長，光子產(chǎn)生率低。

為了解決上述缺點(diǎn)，半導(dǎo)體探測(cè)器應(yīng)運(yùn)而生，半導(dǎo)體探測(cè)器可以直接將高能射線粒子轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。近幾年，鈣鈦礦核輻射探測(cè)器在制備方法、器件結(jié)構(gòu)和探測(cè)靈敏度上都有了顯著提升，其結(jié)構(gòu)包括金屬前電極、鈣鈦礦層、金屬背電極。但是傳統(tǒng)的鈣鈦礦層載流子壽命短，載流子遷移率低，缺陷多，暗電流大，含有有毒的鉛元素，限制了鈣鈦礦核輻射探測(cè)器的性能及應(yīng)用。

中國工程物理研究院材料研究所在其申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)“一種基于全無機(jī)鈣鈦礦單晶的輻射探測(cè)器的制備方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?01710133192.7授權(quán)公告號(hào)：CN 106847956 B)中公布了一種鈣鈦礦單晶X射線探測(cè)器的制備方法。該方法采用全無機(jī)鈣鈦礦作為核輻射吸收層，采用金、銀或鎳作為兩側(cè)金屬電極。該方法由于制備的核輻射探測(cè)器含有有毒的鉛元素，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)載流子壽命短、遷移率低，缺陷多，暗電流大，限制了鈣鈦礦核輻射探測(cè)器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有的不足，提出一種基于無鉛鈣鈦礦單晶的核輻射探測(cè)器及其制備方法，以除去有毒的鉛元素、減少缺陷、降低暗電流，進(jìn)一步提高探測(cè)器的靈敏度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于無鉛鈣鈦礦單晶的核輻射探測(cè)器，自下而上包括前電極1、鈣鈦礦吸收層2和背電極3，其特征在于，鈣鈦礦吸收層2采用無鉛鈣鈦礦晶體，用于除去有毒的鉛元素，改善電荷傳輸性能，提高核輻射探測(cè)器的靈敏度，其厚度為1～20mm；

所述無鉛鈣鈦礦晶體為A₂BX₆或A₂CC^’X₆，其中：A為Cs、Rb、Na和K中的任意一種；B為Sn和Ge中的任意一種；C為Ag、Au和Cu中的任意一種；C^’為Bi、Sb和In中的任意一種；X為Cl、Br和I中的任意一種。

進(jìn)一步，所述前電極1是金、銀、銅、鎳、石墨烯、納米碳管或碳電極中的任意一種，厚度為100～900nm。

進(jìn)一步，所述背電極3是金、銀、銅、鎳、石墨烯、納米碳管或碳電極中的任意一種，厚度為100～900nm。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明制備一種基于無鉛鈣鈦礦單晶的核輻射探測(cè)器制備方法，其特征在于，包括如下：

1)將滿足0.5～3.0M無鉛鈣鈦礦A₂BX₆或A₂CC’X₆的兩種或兩種以上的前驅(qū)體鹽溶于相應(yīng)的溶劑中，得到無鉛鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；