一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器及制作方法技术

本发明专利技术设计一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器及制作方法，所述X射线探测器中的的钙钛矿单晶，是通过空间限制和逆温结晶的方法制备、且具有厘米级别的MAPbBr3钙钛矿单晶，包括：制备钙钛矿的前驱体溶液、制作限制空间、制得MAPbBr3钙钛矿单晶和通过溅射方式在MAPbBr3钙钛矿单晶上制备电极等步骤。所述制备厘米级别的MAPbBr3钙钛矿单晶工艺品易于MEMS兼容以及集成，通过调控前驱体溶液的摩尔比的方法，减少了缺陷密度，增加了荧光寿命并且抑制了离子迁移，工艺简单，易于大规模工业化生产。化生产。化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器及制作方法


[0001]本专利技术涉及一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器及制作方法，属于有机半导体材料以及X射线探测器的


技术介绍

[0002]X射线不仅具备光的一般特性外，还具有一个重要特性，即穿透性，根据这一特性，X射线被广泛运用，它不仅可以用于医用领域对患者的身体状况进行透视检查，也可以用于放射治疗、工业探伤、安全检测，航天导航以及科学研究的材料分析等领域中，但由于X射线在各个行业广泛应用的同时，操作者因或多或少的直接接触到X射线，实践证明，弱接触到的X射线辐射量超过一定剂量，将会对人体产生很大的危害，严重的甚至造成细胞癌变。因此，有必要研究并开发出高灵敏度的X射线探测器，以利于有依据的做好劳动保护。
[0003]商用X射线探测器主要采用两种X射线探测技术：一种为间接探测，是利用闪烁体间接将X射线转换为可见光，闪烁体主要有PbWO4、Bi4Ge3O
12
、CsI:Tl、YAlO3:Ce；另一种方法是直接探测；当前市场上占主流的X射线探测器中，使用最多的是以闪烁体为材料的间接探测。所述直接探测是采用一种吸收材料，将X射线直接转换成电信号，所述吸收材料主要有CdTe、CdZnTe、HgI2、PbI2，现有的用于吸收X射线的材料由于对硬X射线的吸收率低，导致载流子迁移率寿命乘积μτ值低，电荷收集效率低，同时还存在着吸收材料制作工艺复杂和成本高等问题。所述间接探测中，由于闪烁体将X射线高能光子转换为可见光的过程中，产生的可见光会在这个过程中发生散射，这将会使得间接X射线探测器的空间分辨率和量子效率都受到一定的限制，如专利技术专利“一种钙钛矿晶体/量子点复合闪烁体及其制备方法和应用”（201811569753.9）中所公开的技术方案即存在X射线被转换为可见光之后，可见光发生散射方面的问题。基于此，研究和开发一种基于直接探测，且灵敏可靠的X射线探测器，对X射线的安全应用非常重要。
[0004]研究表明，随着钙钛矿材料在光电探测所表现出来的优异性能，以及钙钛矿材料所具有的高的载流子迁移率寿命乘积、大的电阻阻值、Pb、I、Br 等原子很高的原子序数(X射线的衰减系数与材料关系(α
∝
Z4/E3)，Z是物质的原子序数)和成本廉价等优点，成为代替当前制备X射线探测器材料的理想材料。
[0005]近年来，研究人员针对MAPbI3钙钛矿单晶、MAPbBr3钙钛矿单晶和Cs2AgBiBr6钙钛矿单晶等材料所表现出的优异性能，设计出了一系列具有快速、灵敏的基于直接探测方式的X射线探测器。但这些探测器中的大部分吸收材料存在着由于离子迁移引起的工作不稳定、使用重复率低、准确性低等问题。
[0006]专利技术专利“一种卤化钙钛矿单晶、制备方法及其在制备X射线探测器中的应用”（202010649024.5）、“一种具有能量分辨的X射线探测器及其探测方法”（201711381053.2）、“一种钙钛矿单晶X射线探测器及其制备方法”（201910066171.7）所公开的技术方案，均是基于MAPbBr3 钙钛矿单晶材料制备X射线探测器，但这些技术方案都存在离子迁移问题，在长时间工作和多次重复使用过程中，由于离子迁移问题，使得器件的性能会逐渐下降，并最
终失效；专利技术专利“一种用于X射线探测的Cs2AgBiBr6双钙钛矿晶体的制备方法”（201910693206.X）使用了Cs2AgBiBr6双钙钛矿晶体在高电压工作下，同样存在：极易发生离子迁移、器件寿命短、稳定性不好等问题。
[0007]专利技术专利“一种基于钙钛矿单晶的X射线探测器及其制备方法”（202010959059.9）所公开的技术方案使用了FAPbBr3钙钛矿单晶制备，其不足之处是：该FAPbBr3钙钛矿单晶材料易于潮解，需要使用干燥的环境下，才能确保其探测精度。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对
技术介绍
提出的问题，设计一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器及制作方法，是通过空间限制和逆温结晶的方法，制备出cm级的MAPbBr3 钙钛矿单晶，且可在衬底上直接生长单晶，有效的解决了：可集成化规模性生产、高兼容性和稳定性、使用寿命长等问题，特别是制成的X射线探测器具备离子迁移小的特性。所述X射线探测器用于常温下快速检测X射线，在不同的X射线剂量下，所述X射线探测器电流值有较大变化，灵敏度高，工作稳定且能够在室温下直接进行检测；所述制备工艺简单，制作成本低，且制作过程无污染。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用了以下方案：一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器，所述X射线探测器中的的钙钛矿单晶，是通过空间限制和逆温结晶的方法制备、且具有厘米级别的MAPbBr3钙钛矿单晶；一种离子迁移小的X射线探测器的制作方法，包括如下步骤：stp1：首先称取设定重量的MABr(纯度≥99.99%)，并放入玻璃瓶中，再向玻璃瓶中注入设定容量的N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液并搅拌，再称取0.707~1.101g的PbBr2（纯度≥99.9%），并放入所述玻璃瓶中；然后将玻璃瓶放在60℃的加热台上进行搅拌，使玻璃瓶内的白色粉末完全溶解，直至溶液呈澄清透明状，即获得钙钛矿的前驱体溶液；stp2：制作限制空间，将U型模具夹在两片ITO导电玻璃之间，并用高温胶带固定所述U型模具；stp3：将制作好的U型磨具，使用夹子进行固定，然后放在加热台上，使用注射器，抽取一定量的钙钛矿的前驱体溶液，从U型模具的顶部将钙钛矿的前驱体溶液注入到U型模具中。然后使用加热台开始加热，加热台的初始温度设置为60℃，之后每15分钟升高5℃直到温度达到90℃，再按每30分钟升高5℃，直到120℃为止并保持直到单晶生长出来，当U型模具中有子晶生长出来之后，定期更换U型模具中的溶液，每半个小时更换U型磨具中一半的液体，直至获得MAPbBr3钙钛矿单晶；stp4：在制备好的MAPbBr3钙钛矿单晶上制备电极，制成基于MAPbBr3钙钛矿单晶的X射线探测器，其步骤为：首先，将电极掩模版放在按stp3制备好的MAPbBr3钙钛矿单晶上，然后用直流溅射的方法，在氩气气氛下，先后溅射Au金属，在相同溅射功率下，溅射15s，最后得到基于MAPbBr3钙钛矿单晶的X射线探测器件。
[0010]所述stp1中，设定：MABr的重量为0.2~0.5g、纯度≥99.99%；PbBr2的重量为0.5~1.5g、纯度≥99.9%；N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液的容量为2~4ml。
[0011]所述stp2中，设定：两个ITO导电玻璃之间间隔距离为0.5mm。
[0012]本专利技术的原理如下：通过空间限制和逆温结晶的方法，制备厘米级的MAPbBr3钙钛矿单晶，减少了缺陷密度，增加了荧光寿命，并且抑制了离子迁移。
[0013]本专利技术的有益效果：(1) 本专利技术通过空间限制和逆温结晶的方法，制备厘米级别的MAPbBr3钙钛矿单晶，易于MEMS兼容以及集成。
[0014](2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子迁移小的钙钛矿单晶X射线探测器的制作方法，其特征在于：所述钙钛矿单晶是具有厘米级别的MAPbBr3钙钛矿单晶，且通过空间限制和逆温结晶的方法制备；所述制作方法包括如下步骤：stp1：首先称取设定重量的MABr，并放入玻璃瓶中，再向玻璃瓶中注入设定容量的N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液并搅拌，再称取设定重量的PbBr2，并放入所述玻璃瓶中；然后将玻璃瓶放在60℃的加热台上进行搅拌，使玻璃瓶内的白色粉末完全溶解，直至溶液呈澄清透明状，即获得钙钛矿的前驱体溶液；stp2：制作限制空间，将U型模具夹在两片ITO导电玻璃之间，并用高温胶带固定所述U型模具；stp3：将制作好的U型磨具，使用夹子进行固定，然后放在加热台上，使用注射器，抽取一定量的钙钛矿的前驱体溶液，从U型模具的顶部将钙钛矿的前驱体溶液注入到U型模具中，然后使用加热台开始加热，加热台的初始温度设置为60℃，之后每15分钟升高5℃直到温度达到90℃，再按每30分钟升高5℃，直到120℃为止并保...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾豪爽，李晨曦，王钊，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：