一种新型的钙钛矿半导体型X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿半导体型X射线探测器，其包括顶电极、钙钛矿吸光层及信号读出薄膜晶体管阵列，还包括第一界面层和第二界面层，第一界面层位于顶电极与钙钛矿吸光层之间，第二界面层位于钙钛矿吸光层与信号读出薄膜晶体管阵列之间。本发明专利技术还提供该钙钛矿半导体型X射线探测器的制备方法。本发明专利技术的钙钛矿半导体型X射线探测器通过设置第一界面层和第二界面层，有利于钙钛矿吸光层与顶电极以及与信号读出薄膜晶体管阵列的有效接触与附着力提升，有利于提升探测器的信噪比，有利于提高探测器的响应速度，有利于保证钙钛矿探测器性能长期稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的钙钛矿半导体型X射线探测器及其制备方法
本专利技术属于X射线探测器
，具体涉及一种新型的钙钛矿半导体型X射线探测器及其制备方法。
技术介绍
X射线探测器是一类接收X射线辐射并将X射线能量转化为可供记录的电信号的装置。X射线探测器具有较高的空间分辨率和无探测损伤等特点，可以实现对生物体、矿物、金属等样品内部细微结构的准确探测，被广泛应用于医疗、安检、科研、核工业和军工等领域。根据X射线探测器的电信号转化方式，一般将其分为半导体型直接探测器(将X射线直接转化为电信号)和闪烁体型间接探测器(将X射线转化为光信号后再经光电探测器配件转化为电信号)。半导体型探测器比闪烁体型探测器具有更高的成像分辨率和动态成像能力，因此具有更大的应用前景。现有的半导体型X射线探测器包括电极、吸光层和信号读出薄膜晶体管阵列等几个部分。吸光层通过吸收X射线产生光生电子和空穴对，并在外加偏压的作用下产生定向光电流，是探测器中最关键的部分。常规的吸光层材料包括单晶硅、多晶硒和碲化镉材料等。近年来，钙钛矿材料由于其突出的光电性质和较低的制备成本而备受关注，并被认为是革命性的吸光层材料。目前的钙钛矿半导体型X射线探测器主要使用大块的钙钛矿单晶作为半导体吸光层材料，钙钛矿材料与顶电极直接接触，也与信号读出薄膜晶体管阵列直接接触。这种探测器构造存在一些缺陷。首先，钙钛矿材料容易与顶电极和信号读出薄膜晶体管阵列脱离或者接触不良，导致电流信号无法传输或者传输受限，导致难以形成有效的探测信号。其次，探测器需要在保证输出尽可能高的光电流的同时具有尽可能低的噪声，噪声与探测器的暗电流水平相关，而后者基本上由钙钛矿材料本身的电阻率决定。但很多钙钛矿材料自身电阻率较低，导致暗电流巨大，信号被湮没，而且钙钛矿材料本身在电场下会产生很强的离子迁移现象，导致暗电流不能长期保持稳定，这些因素导致信噪比低或者不稳定。再次，钙钛矿材料的上下表面往往具有大量的表面缺陷，在外加电场的情况下会产生严重的离子迁移现象，导致暗电流不能长期保持稳定，影响探测器的响应速度。最后，钙钛矿材料与探测器信号读出薄膜晶体管阵列以及顶电极直接接触，易与信号读出薄膜晶体管阵列以及顶电极的金属材料发生化学反应，导致钙钛矿吸光层性能下降，影响探测器性能的稳定性，而且钙钛矿材料本身也易受水、氧气等外界条件影响，发生化学反应，这些因素会影响探测器稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前的钙钛矿半导体型X射线探测器存在的上述缺陷，而提出一种新型的钙钛矿半导体型X射线探测器及其制备方法，提高钙钛矿半导体型X射线探测器的多方面性能。因此，在第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿半导体型X射线探测器，其包括顶电极、钙钛矿吸光层及信号读出薄膜晶体管阵列，还包括第一界面层和第二界面层，该第一界面层位于该顶电极与该钙钛矿吸光层之间，该第二界面层位于该钙钛矿吸光层与该信号读出薄膜晶体管阵列之间。进一步地，该第一界面层和该第二界面层的材料独立地为有机材料、无机材料和钙钛矿材料中的一种或者两种或多种的组合，前提是该第一界面层和该第二界面层的钙钛矿材料与该钙钛矿吸光层的钙钛矿材料属于不同的钙钛矿材料。在一个具体的实施方案中，该第一界面层的材料为有机材料，该第二界面层的材料也为有机材料。在另一个具体的实施方案中，该第一界面层的材料为有机材料，该第二界面层的材料为无机材料。在又一个具体的实施方案中，该第一界面层的材料为无机材料，该第二界面层的材料为有机材料。在还一个具体的实施方案中，该第一界面层的材料为无机材料，该第二界面层的材料也为无机材料。在另外的实施方案中，该第一界面层、该钙钛矿吸光层和该第二界面层的材料均为钙钛矿材料，但该第一界面层和该第二界面层的钙钛矿材料与该钙钛矿吸光层的钙钛矿材料属于不同的钙钛矿材料。在一个具体的实施方案中，该第一界面层和该第二界面层的钙钛矿材料为同一种钙钛矿材料，该钙钛矿吸光层的钙钛矿材料为另一种钙钛矿材料。在另一个具体的实施方案中，该第一界面层的钙钛矿材料为第一钙钛矿材料，该第二界面层的钙钛矿材料为第二钙钛矿材料，该钙钛矿吸光层的钙钛矿材料为第三钙钛矿材料。应该说明的是，本专利技术的界面层材料除了单独使用有机材料、无机材料或钙钛矿材料之外，还可以使用有机材料、无机材料或钙钛矿材料中的两种或多种的组合，例如钙钛矿材料与有机材料或无机材料组合，或者钙钛矿材料与有机材料和无机材料的组合。进一步地，本专利技术中用作界面层材料的有机材料为有机聚合物或有机小分子化合物。优选地，用作界面层材料的有机材料为聚酰亚胺、碳60、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺](PTAA)或[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)。进一步地，本专利技术中用作界面层材料的无机材料为金属氧化物、金属硫化物、金属单质或者碳材料。优选地，用作界面层材料的无机材料包括但不限于氧化钛、氧化锡、氧化镍、氧化铝、氧化锆、硫化锆、铋金属、石墨或碳黑。进一步地，本专利技术中使用的钙钛矿材料为无机钙钛矿材料或者有机-无机杂化钙钛矿材料。优选的无机钙钛矿材料包括但不限于CsPbX3和CsSnX3，其中X为I、Br和CI中的一种或多种。优选的有机-无机杂化钙钛矿材料包括但不限于CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3CH2NH3PbCl3、CH3CH2NH3PbBr3、CH3CH2NH3PbI3、NH2CH＝NH2PbCl3、NH2CH＝NH2PbBr3和NH2CH＝NH2PbI3。应指出的是，本专利技术所用的术语“无机钙钛矿材料”或者“有机-无机杂化钙钛矿材料”是指两种不同类别的钙钛矿材料，而本专利技术所用的术语“不同的钙钛矿材料”是指结构式不同的钙钛矿材料。因此，例如CsPbX3和CsSnX3均属无机钙钛矿材料，但它们具有不同的结构式，包含了不同的组成元素，是不同的钙钛矿材料。同理，上述各种优选的有机-无机杂化钙钛矿材料互相是不同的钙钛矿材料。显然，一种无机钙钛矿材料与一种有机-无机杂化钙钛矿材料之间是不同的钙钛矿材料。通常，顶电极的厚度为10-60μm，第一界面层的厚度为1-10μm，第二界面层的厚度为1-10μm，钙钛矿层的厚度为10μm-10cm。在第二方面，本专利技术提供一种制备本专利技术第一方面的钙钛矿半导体型X射线探测器的方法。该方法包括以下步骤：在该信号读出薄膜晶体管阵列上制备该第二界面层，在该第二界面层上制备该钙钛矿吸光层，在该钙钛矿吸光层上制备该第一界面层，在该第一界面层上制备该顶电极，最终制得该钙钛矿半导体型X射线探测器。在信号读出薄膜晶体管阵列上制备第二界面层，以及在钙钛矿吸光层上制备第一界面层，可以采用蒸镀法、旋涂法、喷涂法或刮涂法来进行。在第二界面层上制备钙钛矿吸光层可以采用旋涂法、刮涂法、喷涂法或单晶生长法来进行。在第一界面层上制备顶电极可以采用刮涂法、喷涂法、蒸镀法或者磁控溅射方法来进行。本专利技术的有益效果：本专利技术的钙钛矿半导体型X射线探测器通过在钙钛矿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿半导体型X射线探测器，包括顶电极、钙钛矿吸光层及信号读出薄膜晶体管阵列，其特征在于，还包括第一界面层和第二界面层，所述第一界面层位于所述顶电极与所述钙钛矿吸光层之间，所述第二界面层位于所述钙钛矿吸光层与所述信号读出薄膜晶体管阵列之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿半导体型X射线探测器，包括顶电极、钙钛矿吸光层及信号读出薄膜晶体管阵列，其特征在于，还包括第一界面层和第二界面层，所述第一界面层位于所述顶电极与所述钙钛矿吸光层之间，所述第二界面层位于所述钙钛矿吸光层与所述信号读出薄膜晶体管阵列之间。


2.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体型X射线探测器，其特征在于，所述第一界面层和所述第二界面层的材料独立地为有机材料、无机材料和钙钛矿材料中的一种或者两种或多种的组合，前提是所述第一界面层和所述第二界面层的钙钛矿材料与所述钙钛矿吸光层的钙钛矿材料属于不同的钙钛矿材料。


3.根据权利要求2所述的钙钛矿半导体型X射线探测器，其特征在于，所述有机材料为聚酰亚胺、碳60、聚甲基丙烯酸甲酯、聚[双(4-苯基)(2,4，6-三甲基苯基)胺]或[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯。


4.根据权利要求2所述的钙钛矿半导体型X射线探测器，其特征在于，所述无机材料为金属氧化物、金属硫化物、金属单质或者碳材料；优选地，所述无机材料为氧化钛、氧化锡、氧化镍、氧化铝、氧化锆、硫化锆、铋金属、石墨或碳黑。


5.根据权利要求2所述的钙钛矿半导体型X射线探测器，其特征在于，所述钙钛矿材料为无机钙钛矿材料或者有机-无机杂化钙钛矿材料。


6.根据权利要求5所述的钙钛矿半导体型X射线探测器，其特征在于，所述无机钙钛矿材料为CsPbX3或CsSnX3，其中X为I、Br和CI中的一种或多种。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，肖爽，钱微，
申请(专利权)人：深圳市惠能材料科技研发中心有限合伙，
类型：发明
国别省市：广东;44