一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法及其结构技术

本发明专利技术公开了一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，包括以下工艺步骤：(1)在闪烁体上制备阳极电极；(2)在阳极电极上制备光电导体；(3)制备冷阴极基板；(4)将闪烁体制备有光电导体的一侧和冷阴极基板制备有冷阴极的一侧通过隔离体相互绝缘的固定在一起；(5)在闪烁体和冷阴极基板之间保持真空状态。本发明专利技术同时公开了一种由上述方法所制备的冷阴极平板X射线探测器。本发明专利技术中闪烁体既具备衬底支撑物的功能，又具备将X射线转换成可见光的功能，能有效避免光子的散射，解决了闪烁体在X射线探测器中集成的难题，并通过采用可寻址的冷阴极电子源，可实现X射线的成像功能。

【技术实现步骤摘要】
一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法及其结构
本专利技术涉及一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法及其结构，属于平板X射线探测器领域。
技术介绍
X射线成像在医学、安检、无损检测和工业探伤等领域应用广泛。高灵敏度平板X射线探测器是实现低剂量X射线成像的关键。目前主流的平板X射线探测器使用薄膜晶体管读取光电信号，但采用薄膜晶体管的X射线探测器结构较为复杂，且在高压下容易击穿，影响它们的实际应用。为了提高空间分辨率和量子探测效率，研究者开始采用场致电子发射原理的冷阴极组成的真空管作为读出器件实现平板X射线探测器。例如，日本的Takiguchi等人采用Spindt型的冷阴极真空管和雪崩型非晶硒光电导体制备了直接型X射线探测器(Y.Takiguchi,etal,Appl.Phys.Express,3,027001(2010))，像素尺寸小至50微米，光电增益大于200,单个像素的读出时间为160纳秒。在现有技术中，由于X射线闪烁体面板的制备工艺和光电探测器件阵列制备工艺不兼容，需要将X射线闪烁体面板和光电探测器件分开制作，再采用直接接触对盒后封装或者引入保护层封装。例如，京东方科技集团股份有限公司专利技术的一种X射线探测面板及其制备方法，使用真空对盒工艺，先在光电探测阵列上形成胶体量子点膜层，再将盖板设置有闪烁体膜层的一侧与衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒后封装(中国专利技术专利申请，申请公布号：CN106206636A)。该现有技术所公开的闪烁体与光电探测器件阵列对盒后封装的方法，封装过程使用胶体膜层或者施加压力真空对盒很容易污染和损坏光电探测器件，降低探测器性能。另外，通过在闪烁体与光电探测器件阵列之间引入保护层可以降低封装对器件的损坏，但是该保护层的存在使得闪烁体产生的可见光到达光电探测阵列时必然会有光的散射，会对相邻的像素点产生影响，造成探测图像质量的下降。虽然通过制备光纤板可以减少光子的散射，但是光纤板会降低光子收集率，而且光纤板的造价昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直接在闪烁体上制备冷阴极平板X射线探测器的方法。本专利技术采用以下技术方案来解决现有技术的问题：一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，包括以下步骤：步骤S1：在闪烁体一侧面上制备具有透光性的阳极电极；步骤S2：在阳极电极上制备光电导体；步骤S3：制备带冷阴极发射体阵列的冷阴极基板；步骤S4：将制备有光电导体的闪烁体和冷阴极基板通过隔离体相互绝缘的固定在一起，所述闪烁体上带光电导体的一侧正对冷阴极基板上带冷阴极发射体阵列的一侧；步骤S5：在闪烁体和冷阴极基板之间保持真空状态。进一步地，在步骤S1中，所述闪烁体由能将X射线转换成可见光的材料制成，制成材料包括CsI、CaWO4、YTaO4、Gd2O2S、Bi4Ge3O12或Lu2SiO5。进一步地，在步骤S1中，所述透光性的阳极电极材料包括ITO或AZO。进一步地，在步骤S1中，采用包括磁控溅射或者电子束蒸发的真空沉积工艺在闪烁体一侧面上制作阳极电极。进一步地，上述制备方法还包括步骤S6，在所述阳极电极上接出与第一外部电压源连接的引出线，该第一外部电压源对阳极电极所施加的电压范围为100V～5000V。进一步地，在步骤S2中，采用真空沉积工艺或涂布工艺在阳极电极上制备光电导体，所述真空沉积工艺包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发或者化学气相沉积，所述涂布工艺包括旋涂、丝网印刷或者纳米压印。进一步地，在步骤S3中，所述冷阴极基板为可寻址的冷阴极电子源基板，所述可寻址的冷阴极电子源基板包括衬底、若干制备于衬底上且相互平行排列的阴极电极条、若干与所述阴极电极条交叉垂直排列且上下设置的栅极电极条、制备于所述阴极电极条及栅极电极条之间的绝缘层以及制备于阴极电极条上并形成阵列的冷阴极发射体。进一步地，上述制备方法还包括步骤S7，在所述可寻址的冷阴极电子源基板的栅极电极条上接出引线与外部电压源相连，并在其阴极电极条上接出引线与地相连，所述与栅极电极条相连的外部电压源电压范围为0～200V。进一步地，所述制备于阴极电极条上的冷阴极发射体包括金属尖锥、碳纳米管、半导体纳米结构。进一步地，在步骤S4中，所采用的隔离体高度范围为0.05mm～1mm，该隔离体位于闪烁体与冷阴极基板之间。进一步地，在步骤S5中，将经过步骤S1至S4制备好的探测器放置在真空腔中或者使用真空封装直至闪烁体及冷阴极基板之间的真空度为10-7Pa～10-3Pa。本专利技术的另一个目的在于提供一种冷阴极平板X射线探测器，该冷阴极平板X射线探测器包括通过隔离体相互绝缘的固定在一起的闪烁体及冷阴极基板；所述闪烁体上制备有对闪烁体发出的光具有透光性的阳极电极，该阳极电极上制备有将可见光转换成电信号的光电导体；所述冷阴极基板为可寻址的冷阴极电子源基板，包括衬底、若干制备于衬底上且相互平行排列的阴极电极条、若干与所述阴极电极条交叉垂直排列且上下设置的栅极电极条、制备于所述阴极电极条及栅极电极条之间的绝缘层以及制备于阴极电极条上并形成阵列的冷阴极发射体。进一步地，所述闪烁体及冷阴极基板之间形成真空区域，真空度为10-7Pa～10-3Pa；所述阳极电极上接有与第一外部电源连接的引出线，该第一外部电源对阳极电极所施加的电压为100V～5000V；所述栅极电极条上接有与第二外部电源连接的引出线，该第二外部电源对栅极电极条所施加的电压为0～200V；所述阴极电极条上接有与地连接的引出线。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，无需复杂的微加工工艺，通过真空镀膜工艺或者涂布工艺即可在闪烁体上制备光电导体，并与冷阴极基板集成得到平板X射线探测器，不需要将闪烁体和冷阴极阵列直接接触，解决了闪烁体在X射线探测器中的集成和封装问题，并能有效降低光的散射。特别是，本专利技术采用可寻址的冷阴极电子源，可以实现X射线的成像。在本专利技术中，可在闪烁体上制备具有雪崩效应的光电导体，当光电导体受到光的照射时，产生电子空穴对，在高电场的作用下，载流子产生雪崩效应，光电流增加，从而极大地提高了探测灵敏度。另外，也可以在闪烁体上制备对电子轰击敏感的光电导体，即光电导体的电导率随着轰击电子能量的改变而改变，比如ZnS光电导体。在特定的电压和阴阳极间距下，当光电导体受到光的照射时，光电导体电阻减小，增加了作用于冷阴极的有效电压，使得冷阴极发射的电子数量和能量增加。光电导体受到更多数量和更多能量的电子轰击时，会产生大量的电子空穴对，使得光电流增加，从而实现了探测信号的倍增放大，极大地提高了探测器的灵敏度。附图说明图1(a)至图1(d)显示了在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的工艺步骤。图中：1.闪烁体；2.阳极电极；3.光电导体；4.玻璃衬底；5.阴极电极条；6.栅极电极条；7.绝缘层；8.阴极发射体点阵；9.隔离体；10.X射线。图2是ZnO纳米线冷阴极阵列SEM形貌图。图3是ZnO纳米线高倍数SEM形貌图。图4是光电导体受到电子轰击时和未受到电子轰击时的光脉冲响应。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的结构作进一步详细的解释和说明，但并非是对本专利技术结构的限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，包括以下步骤：步骤S1：在闪烁体一侧面上制备具有透光性的阳极电极；步骤S2：在阳极电极上制备光电导体；步骤S3：制备带冷阴极发射体阵列的冷阴极基板；步骤S4：将制备有光电导体的闪烁体和冷阴极基板通过隔离体相互绝缘的固定在一起，所述闪烁体上带光电导体的一侧正对冷阴极基板上带冷阴极发射体阵列的一侧；步骤S5：在闪烁体和冷阴极基板之间保持真空状态。

【技术特征摘要】
1.一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，包括以下步骤：步骤S1：在闪烁体一侧面上制备具有透光性的阳极电极；步骤S2：在阳极电极上制备光电导体；步骤S3：制备带冷阴极发射体阵列的冷阴极基板；步骤S4：将制备有光电导体的闪烁体和冷阴极基板通过隔离体相互绝缘的固定在一起，所述闪烁体上带光电导体的一侧正对冷阴极基板上带冷阴极发射体阵列的一侧；步骤S5：在闪烁体和冷阴极基板之间保持真空状态。2.根据权利要求1所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述闪烁体由能将X射线转换成可见光的材料制成，制成材料包括CsI、CaWO4、YTaO4、Gd2O2S、Bi4Ge3O12或Lu2SiO5。3.根据权利要求1所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述透光性的阳极电极材料包括ITO或AZO。4.根据权利要求1所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：在步骤S1中，采用包括磁控溅射或者电子束蒸发的真空沉积工艺在闪烁体一侧面上制作阳极电极。5.根据权利要求1所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：还包括步骤S6，在所述阳极电极上接出与第一外部电压源连接的引出线，该第一外部电压源对阳极电极所施加的电压范围为100V～5000V。6.根据权利要求1所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：在步骤S2中，采用真空沉积工艺或涂布工艺在阳极电极上制备光电导体，所述真空沉积工艺包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发或者化学气相沉积，所述涂布工艺包括旋涂、丝网印刷或者纳米压印。7.根据权利要求1、2或5所述的一种在闪烁体上直接制作冷阴极平板X射线探测器的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述冷阴极基板为可寻址的冷阴极电子源基板，所述可寻址的冷阴极电子源基板包括衬底、若干制备于衬底上且相互平行排列的阴极电极条、若干与所述阴极电极条交叉垂直排列且上下设置的栅极电极条、制备于所述阴极电极条及栅极电极条之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，张志鹏，王凯，邓少芝，许宁生，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44