一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器制造技术

本发明专利技术属于辐射探测领域，具体涉及一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器。主旨在于实现银铋基机无机杂化双钙钛矿既起到电子提取的效果，同时可隔绝空气中的氧气与水分，极高的提高了器件使用寿命的目的，主要方案包括从底层依次为衬底层、第一电极、空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极，绝缘保护层；第一电极全覆盖衬底层，空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极依次设置后与第一电极的三个边缘不重叠，一个边缘重叠覆盖，绝缘保护层覆盖在第二电极上，同时覆盖在第一电极上的三个边缘不重叠区域，其特征在于，所述X射线吸收层为铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿的叠层。有机无机杂化双钙钛矿的叠层。有机无机杂化双钙钛矿的叠层。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器


[0001]本专利技术属于辐射探测领域，具体涉及一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器。

技术介绍

[0002]半导体辐射探测器可用于X、γ和β等高能射线的探测，并可广泛应用于安保、医疗、国防和核电等行业，以及工业机械部门小型产品及零部件的尺寸标定、无损检测和无损评估等方面。如今，国际环境日渐复杂，迫切需要一种可适用于各种场合的便携式无源自驱动型辐射探测器。
[0003]目前，辐射探测器所采用的材料有a
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Se，TIBr，CdZnTe等，而这些传统材料存在诸多不利因素限制了其广泛应用。比如，a
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Se对高能射线吸收率低，且在高于室温一定范围内，a
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Se材料会局部结晶失去光电转换功能，TIBr存在剧毒，CdZnTe的制备温度太高。除此之外，目前的半导体辐射探测器(a
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Se，TIBr，CdZnTe，Pbl2等)都需要额外增加电压才能有效工作。因此，从半导体辐射材料选择、制备工艺以及经济环保的角度考虑都需要对传统辐射探测器做进一步的改进。
[0004]铅基有机无机杂化钙钛矿是一款极具前景的辐射探测器吸收材料，但其稳定性较差，空气中易受氧气和水分影响分解。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿的叠层作为X射线吸收层的自驱动形辐射探测器。银铋基机无机杂化双钙钛矿既起到电子提取的效果，同时可隔绝空气中的氧气与水分，极高的提高了器件使用寿命。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：
[0007]本专利技术提供了一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，从底层依次为衬底层、第一电极、空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极，绝缘保护层；
[0008]第一电极全覆盖衬底层，空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极依次设置后与第一电极的三个边缘不重叠，一个边缘重叠覆盖，绝缘保护层覆盖在第二电极上，同时覆盖在第一电极上的三个边缘不重叠区域，其特征在于，所述X射线吸收层为铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿的叠层。
[0009]上述技术方案中，第一电极和衬底层整体采用导电玻璃，第二电极材料采用Ag、Au、Al、石墨、Cu或它们的合金。
[0010]上述技术方案中，所述导电玻璃为ITO、FTO或AZO及AZO掺杂改性的导电玻璃。
[0011]上述技术方案中，所述空穴传输层为NiO2或PEDOT。
[0012]上述技术方案中，所述电子传输层为SnO2或PCBM。
[0013]上述技术方案中，所述绝缘保护材料层为PDMS或3140固化胶体。
[0014]上述技术方案中，第一电极和第二电极上还分别连接有导电引线。
[0015]本专利技术还提供了一种一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1、对作为衬底和第一电极的ITO导电玻璃进行清洗，并用氮气吹干并使用臭氧机器清洁备用；
[0017]步骤2、在步骤1清洗好的ITO导电玻璃上旋涂NiO2，旋涂工艺为500r5s、2000r 30s，150℃退火15分钟，NiO2前驱体溶液溶剂为去离子水，NiO2质量百分比为2wt％。
[0018]步骤3、使用刮涂方式，在步骤2旋涂好NiO2的衬底上刮涂铅基有机无机杂化钙钛矿，铅基有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液浓度为2.77mol/L，衬底与前驱体溶液刮涂温度为100℃，刮涂完毕后100℃退火8h，得到铅基有机无机杂化钙钛矿衬底，刮涂与退火均在空气环境下完成；
[0019]步骤4、在步骤3退火完毕的铅基有机无机杂化钙钛矿衬底上旋涂银铋基有机无机杂化双钙钛矿，旋涂工艺为500r 5s、2000r 60s，银铋基有机无机杂化双钙钛矿前驱体溶液浓度为1.38mol/L，旋涂完毕后在低真空下静置处理5分钟，低真空处理完毕后75℃退火15分钟，得到银铋基有机无机杂化双钙钛矿衬底，前驱体溶液旋涂温度为75℃，衬底无需加热；
[0020]步骤5、在步骤4退火完毕的银铋基有机无机杂化双钙钛矿衬底上旋涂PCBM，旋涂工艺为500r 5s、2000r 30s，60℃退火5分钟，得到PCBM衬底，PCBM前驱体溶液溶剂为邻二氯苯，PCBM质量百分比为2wt％；
[0021]步骤6、在步骤5退火完毕的PCBM衬底上，利用直流溅射镀膜工艺，以纯度为99.999％的Au靶为材料，抽真空度在2
×
10
‑
2Pa的条件下，通氩气调控气压为0.1Pa，电流为0.4mA，在未被掩模版遮挡部分溅射100nm厚Au膜作为第二电极；
[0022]步骤7、在步骤6退火完毕后利用小刀在边沿划掉部分薄膜，直至暴露出ITO层，使用银线作为导线，银浆作为固定剂，分别引出第一电极ITO、第二电极Au，以供测试。
[0023]步骤8、在步骤7完毕后利用3140封装胶覆盖整体，形成绝缘保护层，只引出导线以供测试，并在低真空下处理5分钟，排除胶体内部气泡，静置5h后胶体凝固。
[0024]因为本专利技术采用上述技术方案，因此具备以下有益效果：
[0025]一、本专利技术的核心在于利用银铋基有机无机杂化双钙钛矿与铅基有机无机杂化钙钛矿的功函数差，达到提取电子的效果，在无外部偏压下，也可获得高灵敏度的辐射探测性能。同时，得益于银铋基有机无机杂化双钙钛矿的高稳定性，使得辐射探测器的使用寿命大大增加。且制备工艺简单，铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿均在空气室温环境下进行制备。
[0026]二、本专利技术的自驱动辐射探测器，与当前的需要加电压驱动的辐射探测器相比，无需外部偏压，仅依靠自身结构即可实现高灵敏度的辐射探测。相比于单一铅基有机无机杂化钙钛矿层作为X射线吸收层，本专利技术的铅基钙钛矿和银铋基双钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，具有更高的X射线探测灵敏度，以及更优异的器件稳定性。在外加绝缘保护层后，器件稳定性能得到进一步提升。
[0027]三、由于铅基钙钛矿与银铋双钙钛矿相匹配的能级，构成的异质结，可以分离出铅基钙钛矿中的光生电子
‑
空穴对，提取出更多电子，使其转变为电信号，提升器件的无外加偏压下的探测灵敏度。
附图说明
[0028]图1为实例的器件结构示意图主视图与俯视图的对应关系；
[0029]图中附图标记为：1
‑
衬底层，2
‑
第一电极，3
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空穴传输层，4
‑
X射线吸收层，5
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电子传输层，6
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第二电极，7
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绝缘保护层。
[0030]图2为实例的吸收层截面SEM图；
[0031]图中附图标记为：1a
‑
铅基有机无机杂化钙钛矿，2a
‑
银铋基有机无机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，从底层依次为衬底层(1)、第一电极(2)、空穴传输层(3)、X射线吸收层(4)、电子传输层(5)、第二电极(6)，绝缘保护层(7)；第一电极(2)全覆盖衬底层(1)，空穴传输层(3)、X射线吸收层(4)、电子传输层(5)、第二电极(6)依次设置后与第一电极(2)的三个边缘不重叠，一个边缘重叠覆盖，绝缘保护层(7)覆盖在第二电极(6)上，同时覆盖在第一电极(2)上的三个边缘不重叠区域，其特征在于，所述X射线吸收层为铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿的叠层。2.根据权利要求1或2所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，第一电极(2)采用ITO导电层和衬底层(1)采用石英玻璃，第二电极材料采用Ag、Au、AI、石墨、Cu或它们的合金。3.根据权利要求3所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述导电玻璃为ITO、FTO或AZO及AZO掺杂改性的导电玻璃。4.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述空穴传输层为NiO2或PEDOT。5.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于、所述电子传输层为SnO2或PCBM。6.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述绝缘保护材料层为PDMS或3140固化胶体。7.根据权利要求1所述的一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器，其特征在于，第一电极和第二电极上还分别连接有导电引线。8.一种一种基于钙钛矿叠层的自驱动辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)、对作为ITO导电玻璃进行清洗，并用氮气吹干并使用臭氧机器清洁备用；步骤(2)、在步骤(1)清洗好的ITO导电玻璃上旋涂NiO2，旋涂工艺为500r 5s、2000r 30s，...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛晓滨，王阳培华，朱星宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：