一种二维NdOCl单晶材料的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术属于半导体材料与器件领域，并具体公开了一种二维NdOCl单晶材料的制备方法、产品及应用。所述方法包括：将NdOCl粉末和助熔剂按预设比例混合得到前驱体；将所述前驱体在温度为700～1000℃、惰性气体氛围的条件下保温，然后自然冷却至室温，得到二维NdOCl单晶材料。所述产品采用上述方法制得，且该产品应用于X射线探测器中。本发明专利技术所制备的二维NdOCl单晶材料具有稳定性高、无毒无害、制备简单的特点，同时，基于本发明专利技术NdOCl单晶材料的X射线吸收系数大和耐击穿电压高，因而其尤其适用于X射线探测的应用场合，且所得的X射线探测器具有环境稳定高、无毒无害、分辨率高、灵敏度高的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种二维NdOCl单晶材料的制备方法、产品及应用
本专利技术属于半导体材料与器件领域，更具体地，涉及一种二维NdOCl单晶材料的制备方法、产品及应用。
技术介绍
X射线已经成功应用于医学成像、公共安全检测、抢险探生等诸多与我们生活密切相关的领域。不仅如此，X射线在核能安全、放射性物质防护和国防等方面也发挥着至关重要的作用。X射线探测器是X射线探测系统的核心部件，其有两种工作模式，一种是间接模式，通过闪烁体将X射线转换成可见光再经过光电探测器转换成电信号，另一种是直接模式，直接通过半导体将X射线转换成电信号。后者相对于前者具有系统简单、空间分辨率高、便于集成的优势。目前商用的直接式平板探测器仅有非晶硒探测器，这种探测器具有成像质量优异、空间分辨率高、系统结构简单等优势。然而，该探测器寿命较短、对环境要求苛刻、灵敏度低、稳定性差阻碍了其广泛的应用。要实现直接式探测器的大规模应用，需要开发新的光电导材料。目前研究报道的材料主要有MAPbI3(Nature,2017,550,87-91)、MAPbBr3(NaturePhotonics,2017,11,315-321)、CsPbBr3(AdvancedMaterials,2019,31,1904405)、PbI2(IEEEElectronDeviceLett.,2019,40,578)、Cs2AgBiBr6(NaturePhotonics,2017,11,726-732)，这些材料的灵敏度都要高于目前商用的非晶硒，但是环境不友好和稳定性差的问题并没有解决。因此，如何开发一种新材料兼具高灵敏度、高稳定性和无毒无害成为了必须解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种二维NdOCl单晶材料的制备方法、产品及应用，其通过将NdOCl粉末和助熔剂按预设比例混合得到前驱体，并对所述前驱体的加热温度、时间和氛围进行精确控制，使得所制备的二维NdOCl单晶材料具有稳定性高、无毒无害、制备简单的特点，同时，基于本专利技术NdOCl单晶材料的X射线吸收系数大和耐击穿电压高，因而其尤其适用于X射线探测的应用场合，且所得的X射线探测器具有环境稳定高、无毒无害、分辨率高、灵敏度高的优势。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，包括以下步骤：将质量比为1：1～5：1的NdOCl粉末和助熔剂混合得到前驱体；将所述前驱体在温度为700～1000℃、惰性气体氛围的条件下保温10～30min，然后自然冷却至室温，得到二维NdOCl单晶材料。具体而言，首先，将NdCl3·6H2O研磨成粉末，置于马弗炉中加热升温至500℃～900℃，并在该温度范围内保温12～24h，以此方式，煅烧得到NdOCl粉末；然后将得到的NdOCl粉末与助熔剂按预设比例混合作为前驱体放置于瓷舟中，将载有前驱体的瓷舟置于水平管式炉的中心温区，将衬底置于中心温区或者下游温区，所述助熔剂为氯化盐，所述衬底为带氧化层的掺杂硅片、云母片、蓝宝石中的任意一种；接着在管式炉中通入氩气，并保持通入氩气的气流量为50～200sccm，将前驱体加热至700～1000℃，保温10～30min，自然冷却至室温得到二维NdOCl单晶材料，所述二维NdOCl单晶材料，形状为矩形，厚度为5～100nm，矩形的边长为5～30μm。作为进一步优选的，所述助熔剂为氯化盐，用于降低NdOCl粉末的熔点。作为进一步优选的，所述惰性气体的流量为50～200sccm，所述惰性气体为氩气。作为进一步优选的，将NdCl3·6H2O研磨成粉末，在温度为500～900℃的条件下保温12～24h，从而煅烧得到NdOCl粉末。作为进一步优选的，所述二维NdOCl单晶材料为厚度为5～100nm的矩形结构，且该矩形结构的边长为5～30μm。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种上述制备方法制备得到的二维NdOCl单晶材料。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种二维NdOCl单晶材料在X射线探测器中的应用。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种X射线探测器，包括衬底、布置于所述衬底上的所述的二维NdOCl单晶材料以及沉积于所述二维NdOCl单晶材料上的两个彼此分离的电极。作为进一步优选的，所述衬底为带氧化层的掺杂硅片、云母片、蓝宝石中的任意一种；所述电极为氧化铟锡电极、银电极、金电极、铜电极、铝电极中的任意一种或几种；优选的，所述电极的厚度为50～100nm。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将二维NdOCl单晶材料通过生长或转移置于衬底上表面；然后，在所述二维NdOCl单晶材料表面刻画电极图案；最后，根据刻画的电极图案，在所述二维NdOCl单晶材料表面制备两个彼此分离的电极；优选的，在制备两个彼此分离的电极之前，需先蒸镀一层粘附层，该粘附层为厚度为5～10nm的铬金属。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过对的制备NdOCl单晶材料条件参数进行特性性设计，特别是NdOCl粉末和助熔剂的质量配比，使得本专利技术方法实施简单、成功率高、样品质量高，而且与现有的PVD工艺兼容，适用于大尺寸样品的生长和大规模应用。2.本专利技术所制备的NdOCl单晶材料作为X射线探测器的光电导材料，具有环境稳定高、无毒无害的优势，解决了目前商用的非晶硒探测器寿命短、稳定性差的问题。3.本专利技术NdOCl单晶材料本身的X射线吸收能力比较强，可以提高灵敏度。同时，二维形状的材料有利于将器件尺寸减小，提高分辨率；同时，器件尺寸的减小有利于提高工作电场，而材料本身可以耐受很高的电场，所以可以进一步提高分辨率。4.本专利技术利用二维NdOCl单晶材料制备的X射线探测器在10V偏压下其灵敏度可以达到1.2×108μCGyair-1cm-2，比目前商用非晶硒探测器的灵敏度增加了6个数量级。5.本专利技术所制备的NdOCl单晶材料的耐击穿电压高，其制备的探测器可在6×107Vm-1的电场下工作，高的电场有利于提高探测器的分辨率。6.本专利技术利用二维微纳器件作为X射线探测器具有效率高、能耗低、易集成、工艺兼容等优势。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的NdOCl晶体的结构示意图；图2是本专利技术实施例1制备的二维NdOCl材料的光学显微镜俯视图；图3是本专利技术实施例1制备的二维NdOCl材料的X射线衍射图；图4和图5均为本专利技术实施例1制备的二维NdOCl材料的透射电镜表征图；图6是本专利技术实施例2制备的X射线探测器的结构示意图；图7是本专利技术实施例2制备的X射线探测器加光前后的电流-电压曲线；图8是本专利技术实施例2制备的X射线探测器在周期性X射线照射下的电流-时间曲线；图9是本专利技术实施例3制备的X射线探测器的结构示意图；图10是本专利技术实施例3制备的X射线探测器加光前后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量比为1：1～5：1的NdOCl粉末和助熔剂混合得到前驱体；将所述前驱体在惰性气体氛围中加热至预设温度，并在预设温度下保温，然后自然冷却，得到二维NdOCl单晶材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量比为1：1～5：1的NdOCl粉末和助熔剂混合得到前驱体；将所述前驱体在惰性气体氛围中加热至预设温度，并在预设温度下保温，然后自然冷却，得到二维NdOCl单晶材料。


2.根据权利要求1所述的一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，所述预设温度为700～1000℃，所述保温的时间为10～30min；所述助熔剂为氯化盐，用于降低NdOCl粉末的熔点。


3.根据权利要求1所述的一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体的流量为50～200sccm，所述惰性气体为氩气。


4.根据权利要求1所述的一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，将NdCl3·6H2O研磨成粉末，在温度为500～900℃的条件下保温12～24h，从而煅烧得到NdOCl粉末。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种二维NdOCl单晶材料的制备方法，其特征在于，所述二维NdOCl单晶材料为厚度为5～100nm的矩形结构，且该矩形结构的边长为5～30μm。

【专利技术属性】
技术研发人员：甘霖，李敏，马颖，翟天佑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42