一种电流-电容双工作模式直接型X射线探测器和制备方法技术

本发明专利技术属于X射线探测器技术领域与半导体镀膜技术领域，提供了一种电流

【技术实现步骤摘要】
一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器和制备方法


[0001]本专利技术属于X射线探测器
与半导体镀膜
,具体涉及一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器和制备方法。

技术介绍

[0002]X射线探测器广泛应用于日常生活、工业生产、遥感测绘与医学诊断等领域。现有X射线探测器按工作机理分为间接探测与直接探测两类。间接探测器通过闪烁晶体将X射线转变为可见光或近紫外光，再通过集成的光电探测器将光信号转变为电流信号。这类探测器由于闪烁晶体存在余辉，因此响应速度慢，并且由X射线到低能光子的转换过程丢失了X射线的能量与动量信息，成像细节差。直接探测器通过半导体光学活性层将X射线直接转化为电信号，能够保留入射X射线光子的能量信息，具有更快的响应速度与更好的成像细节。这两类X射线探测器都属于功率探测型X射线探测器，通过光生伏特效应将光子转换为电子空穴对，在外加偏压下分离电子空穴对，并测量电子空穴对通过电路的电信号得到辐射信号。在实际应用中，为了保证探测器的灵敏度与信噪比，在工作时需要通过外电路施加高偏压，利用外电路的电注入提高光电流与暗电流的差值，但对材料与器件的耐高压特性具有较高要求。常见的X射线探测器材料主要为硅、锗、非晶硒与碲化镉，制备工艺复杂且都需要依靠升压电路提供探测器工作状态所需的高压。金属卤化物钙钛矿是一种理想的X射线光学活性材料，具有与碲化镉相似的高X射线线性衰减系数，并且能够低温成膜，制备工艺简便，但金属卤化物钙钛矿属于软晶格材料，在强度为0.1伏特每微米的直流电场中就会发生本征离子迁移，导致钙钛矿层的化学组分发生偏析，最终分相、分解，导致器件失效，因此X射线探测器的高工作偏压同样限制了金属卤化物钙钛矿材料作为X射线探测器活性层的商业化应用。

技术实现思路

[0003]为了解决的现有技术中X射线探测器在高工作偏压容易失效的问题，本专利技术提供了一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法。
[0004]该电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法包括铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层的制备步骤：
[0005]S1：用前驱体粉末化学合成铁电纳米偶极子粉体耦合金属卤化物钙钛矿浆料；
[0006]S2：刮涂法在导电衬底上制备所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层。
[0007]进一步地，所述前驱体粉末包括铁电纳米偶极子粉体和钙前驱体粉末，所述铁电纳米偶极子粉体为钛酸钡和铁酸铋中的一种或两种，所述钙前驱体粉末选自甲胺碘、甲脒碘、碘化铯、碘化铅、溴化铅和氯化铅粉体中的至少两种。
[0008]进一步地，其特征在于，所述铁电纳米偶极子粉体的粒径在100纳米至70微米之间，所述钙前驱体粉末中阳离子和阴离子的化学计量之比为2:3。
[0009]进一步地，所述铁电纳米偶极子粉体耦合金属卤化物钙钛矿浆料的制备方法包括：
[0010]将所述前驱体粉末均匀分散在溶剂和/或助溶剂中，所述溶剂选自水、乙二醇、N，N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种，所述助溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种或多种。
[0011]本专利技术的一个目的是提供一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器。该电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器包括铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层，所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层受到X射线照射产生电容变化效应。
[0012]进一步地，所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层的厚度在500纳米至1毫米之间，所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层中分散的铁电纳米偶极子粉体和钙前驱体粉末的粒径在100纳米至70微米之间。
[0013]进一步地，电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器还包括设置于所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层一侧的导电衬底和另一侧的电极。
[0014]进一步地，所述导电衬底和所述所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层之间、所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层之间和电极之间均设有缓冲层。
[0015]进一步地，所述导电衬底上镀有500纳米厚铟掺杂氧化锡层。
[0016]本专利技术的一个目的是提供一种基于辐射致电容变化效应的非功率型X射线探测方法，电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器通过和电容测量模块、时间微分电容测量模块或由可变电感模块、鉴频模块和电流信号测量模块构成的组件联用测量电容变化、电容对时间的微分变化或电感
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电容振荡频率变化获取X辐射信号。
[0017]本专利技术提供了的一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器，该探测器通过测量铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层的电流或电容变化得到辐射信号，其中电容信号可以在低交流偏压下测量，避免了现有X射线探测器基于光生伏特效应利用电流信号表征辐射信号时需要施加高偏压的要求，提高了器件安全性与可靠性。同时本专利技术选用铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层，通过刮涂工艺低温成膜，相比于现有的硅基、锗基、硒基与碲化镉基X射线探测器制备时所需的半导体器件工艺，生产成本大幅降低。本专利技术提出的电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器电容探测模式工作在低交流偏压下，既避免了金属卤化物钙钛矿本征离子在直流电场下的定向迁移导致器件分相、分解、失效，也通过非功率探测方式降低了器件工作状态下的发热，降低载流子热激发比例，从而提高了器件探测信号的信噪比与准确性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层制备流程图；
[0019]图2为本专利技术提供的电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器结构示意图；
[0020]图3为本专利技术提供的基于辐射致电容变化效应的非功率型X射线探测方法；
[0021]图4为本专利技术采用特征振荡频率测量X射线信号的探测装置电路图；
[0022]图5为本专利技术在电流探测工作模式下采用30伏特固定直流偏压对X射线信号的电流信号响应；
[0023]图6为本专利技术在电容探测工作模式下采用正负1伏特与100千赫兹频率对X射线信号的电容信号响应；
[0024]图7为本专利技术在电容探测工作模式下采用特征振荡频率检测方法对X射线信号的响应；
[0025]标号说明：
[0026]电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器1、导电衬底11、第一缓冲层12、铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层13、铁电纳米偶极子131、第二缓冲层14、金属电极15、电容测量模块2、可变电感模块3、时间微分电容测量模块4、鉴频模块5、电流信号测量模块6、信号放大模块7。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层的制备步骤：S1：用前驱体粉末化学合成铁电纳米偶极子粉体耦合金属卤化物钙钛矿浆料；S2：刮涂法在导电衬底上制备所述铁电纳米偶极子耦合辐射转换半导体薄膜活性层。2.如权利要求1所述的电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述前驱体粉末包括铁电纳米偶极子粉体和钙前驱体粉末，所述铁电纳米偶极子粉体为钛酸钡和铁酸铋中的一种或两种，所述钙前驱体粉末选自甲胺碘、甲脒碘、碘化铯、碘化铅、溴化铅和氯化铅粉体中的至少两种。3.如权利要求1所述的电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述铁电纳米偶极子粉体的粒径在100纳米至70微米之间，所述钙前驱体粉末中阳离子和阴离子的化学计量之比为2:3。4.如权利要求1所述的电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器的制备方法，其特征在于，所述铁电纳米偶极子粉体耦合金属卤化物钙钛矿浆料的制备方法包括：将所述前驱体粉末均匀分散在溶剂和/或助溶剂中，所述溶剂选自水、乙二醇、N，N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和N
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甲基吡咯烷酮中的一种或多种，所述助溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种或多种。5.一种电流
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电容双工作模式直接型X射线探测器，其特征在于，包括铁电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云龙，朱子尧，陈慧雯，喻学锋，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：