一种直接式X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种直接式X射线探测器及其制备方法，包括基底、底电极、无机介电纳米颗粒层、钙钛矿X射线吸收层以及顶电极。基底设置在底电极的下表面；底电极的上表面设置无机介电纳米颗粒层；无机介电纳米颗粒层的上表面设置钙钛矿X射线吸收层；钙钛矿X射线吸收层上表面设置所述顶电极，无机介电纳米颗粒层采用低温溶液法制备；钙钛矿X射线吸收层采用喷涂方法制备。本发明专利技术具有制备工艺温度低、便于与驱动电路集成、易于实现大面积器件制备的特点，能够实现X射线平板探测器的批量生产。够实现X射线平板探测器的批量生产。够实现X射线平板探测器的批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种直接式X射线探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于X射线探测器
，具体涉及一种直接式X射线探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]X射线是波长范围为10～0.01nm的电磁波，具有很强的穿透能力，被广泛应用于各种医学检查、工业探伤、材料检测、机场安检等各种无损检测中。
[0003]钙钛矿材料因其原子序数大、带隙可调、缺陷容忍度高、载流子迁移率寿命积高以及可溶液法大面积成膜的优势，在平板X射线探测器领域展现出巨大的应用潜力。在平板X射线探测器制备过程中，为了不破坏TFT背板并且获得大敏感区，要求在不超过200摄氏度的温度下实现大面积均匀钙钛矿厚膜(厚度>10微米)的制备。喷涂工艺，包括静电喷涂和超声喷涂，是制备大面积钙钛矿厚膜的一类很有潜力的工艺方法。但是雾化液滴在导电衬底表面浸润性差，导致喷涂膜表面粗糙，覆盖度差，严重制约了X射线探测器的性能提升。因此，探索可低温大面积喷涂制备的X射线探测器件结构对高性能X射线探测器具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种灵敏且可大面积制备的直接式X射线探测器及其制备方法。用于解决现有喷涂制备技术制备的钙钛矿厚膜缺陷多、漏电流大的技术问题；具有灵敏度高、X射线剂量检测限低、稳定性好和易于与驱动电路集成等优点。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种直接式X射线探测器，从下至上依次包括基底、底电极、无机介电纳米颗粒层、钙钛矿X射线吸收层以及顶电极；
[0007]无机介电纳米颗粒层由无机介电纳米颗粒堆积形成；
[0008]钙钛矿X射线吸收层包括钙钛矿或类钙钛矿晶体结构的有机和有机
‑
无机杂化材料，钙钛矿X射线吸收层用于将X射线直接转换成电子
‑
空穴对。
[0009]具体的，基底为玻璃、聚酰亚胺或驱动晶体管。
[0010]具体的，底电极和顶电极的厚度均为20～1000纳米。
[0011]具体的，无机介电纳米颗粒层的厚度为100～1000纳米。
[0012]具体的，钙钛矿X射线吸收层的厚度为1～500微米。
[0013]本专利技术的另一技术方案是，一种直接式X射线探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、对基底进行预处理；
[0015]S2、采用蒸发、溅射或印刷方法在步骤S1预处理后的基底上制备底电极；并对底电极进行图案化；
[0016]S3、采用旋涂、刮涂或者喷涂的方式将无机纳米颗粒分散液制备到步骤S2得到的
底电极上，然后进行退火处理，得到基片；
[0017]S4、采用静电喷涂法或超声喷涂方法将钙钛矿或类钙钛矿材料沉积在步骤S3得到的基片的无机介电多孔层上，制备得到X射线吸收膜；
[0018]S5、在步骤S4得到的X射线吸收膜上沉积导电薄膜形成阳极，制备得到直接式X射线探测器。
[0019]具体的，步骤S3中，无机纳米颗粒分散液为氧化铝纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒和二氧化锆纳米颗粒中的一种或几种混合，氧化铝纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、二氧化锆纳米颗粒的粒径为10～200纳米。
[0020]具体的，步骤S3中，退火处理的温度为100～180℃，退火时间为30～60分钟。
[0021]具体的，步骤S4中，钙钛矿或类钙钛矿材料为FAPbBr3、MAPbBr3、CsPbBr3、Cs2TeI6或Cs2AgBiBr6。
[0022]具体的，步骤S4中，喷涂时热平台的温度为100～180℃，喷涂时间为1～10小时。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0024]一种直接式X射线探测器，从上至下，由基底、底电极、无机介电纳米颗粒层、钙钛矿X射线吸收层以及顶电极组成，直接式X射线探测器通过X射线探测器中底电极和X射线吸收膜之间设置无机介电纳米颗粒层；无机介电纳米颗粒堆叠形成的微纳孔隙可以增强基底对喷涂液滴的吸附，改善钙钛矿薄膜的成膜质量，抑制钙钛矿缺陷的形成，获得均匀致密、稳定性好、厚度可达500微米的钙钛矿X射线吸收层，直接式X射线探测器在长时间具有稳定且较低的暗电流，缺陷引起的暗电流得到有效抑制，显著降低探测器的检测限，可应用于医学CT成像。
[0025]进一步地，基底为玻璃、聚酰亚胺或驱动晶体管中一种；采用玻璃基底有利于获得结构简单，成本低廉的X射线探测器；采用聚酰亚胺基底有利于获得柔性X射线探测器；采用驱动晶体管为基底可以获得平板X射线成像器件。
[0026]进一步地，底电极厚度为20～1000纳米；采用Au、Ag、Mo、或ITO中的一种作为底电极可获得较好的稳定性，并有助于对光生载流子的提取；20～1000纳米的厚度可以保证底电极具有良好的导电性和机械性能，顶电极厚度为20～1000纳米，采用Au、Ag、Mo或ITO中的一种作为顶电极可获得较好的稳定性，并有助于对光生载流子的提取。20～1000纳米的厚度可以保证底电极具有良好的导电性和机械性能。
[0027]进一步地，无机介电纳米颗粒层的厚度在100～1000纳米；可以改善钙钛矿活性层的成膜质量，并增强钙钛矿活性层与底电极的附着力。
[0028]进一步地，X射线吸收层的厚度为1微米～500微米；钙钛矿类材料具有较大的X射线吸收界面和较长的载流子输运能力，可以实现高灵敏度的X射线探测器；1微米～500微米的厚度既可以保证良好的X射线吸收能力，又可以保证X射线激发形成的载流子被顶电极和底电极收集。
[0029]一种直接式X射线探测器的制备方法，工艺温度均低于200摄氏度，低于TFT驱动电路的工艺温度要求，有利于与TFT驱动电路集成构筑大面积平板X射线探测器。此外，较低的工艺温度也使本专利技术所述的直接式X射线探测器与硬质衬底或者柔性衬底结合，获得结构简单、成本低廉的X射线探测器。
[0030]进一步地，采用直径为10～200纳米的无机介电纳米颗粒层有助于形成具有微纳
孔隙结构无机介电纳米颗粒层。具有微纳孔隙结构的无机介电纳米颗粒层可以改善喷涂钙钛矿活性层的成膜质量，并抑制探测器的暗电流。
[0031]进一步的，退火温度和退火时间不会损害基底的性能，便于与柔性衬底或者TFT驱动电路的集成。
[0032]进一步的，加热平台温度和喷涂时间不会损害基底的性能，便于与柔性衬底或者TFT驱动电路的集成；
[0033]综上所述，本专利技术提供的钙钛矿X射线成像探测器及其制备方法解决了高灵敏度、大面积、厚膜X射线成像探测器低温制备的难题，相比于传统旋涂前驱体溶液或单晶沉积制备钙钛矿X射线探测器器件；本专利技术采用喷涂的方式制备了钙钛矿功能层，该方式能够进行批量制备大面积厚膜的X射线成像探测器器件。同时，无机介电纳米颗粒层一方面可以保证喷涂工艺制备出致密均匀的高质量钙钛矿X射线吸收层，另一方面可以显著抑制探测器的暗电流，提升X射线探测器的性能；本专利技术制备的X射线探本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接式X射线探测器，其特征在于，从下至上依次包括基底(1)、底电极(2)、无机介电纳米颗粒层(3)、钙钛矿X射线吸收层(4)以及顶电极(5)；无机介电纳米颗粒层(3)由无机介电纳米颗粒堆积形成；钙钛矿X射线吸收层(4)包括钙钛矿或类钙钛矿晶体结构的有机和有机
‑
无机杂化材料，钙钛矿X射线吸收层(4)用于将X射线直接转换成电子
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空穴对。2.根据权利要求1所述的直接式X射线探测器，其特征在于，基底(1)为玻璃、聚酰亚胺或驱动晶体管。3.根据权利要求1所述的直接式X射线探测器，其特征在于，底电极(2)和顶电极(5)的厚度均为20～1000纳米。4.根据权利要求1所述的直接式X射线探测器，其特征在于，无机介电纳米颗粒层(3)的厚度为100～1000纳米。5.根据权利要求1所述的直接式X射线探测器，其特征在于，钙钛矿X射线吸收层(4)的厚度为1～500微米。6.一种制备权利要求1所述直接式X射线探测器的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对基底进行预处理；S2、采用蒸发、溅射或印刷方法在步骤S1预处理后的基底上制备底电极；并对底电极进行图案化；S3、采用旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦博，李淏淼，吴朝新，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：