一种提高辐射探测性能的方法、对应的辐射探测器及制备技术

本发明专利技术公开了一种提高辐射探测性能的方法、对应的辐射探测器及制备，其中提高辐射探测性能的方法是向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，由此提高该辐射探测活性层的辐射探测性能；离子迁移惰性材料优选为铋氧溴、氮化硼、单壁碳管中的至少一种；辐射探测活性层采用全无机钙钛矿，优选采用Cs2AgBiBr6。本发明专利技术通过对关键掺杂物(如掺杂物的具体种类及掺杂量)、相应辐射探测器制备方法的整体工艺流程设计及关键步骤所使用的参数条件(如退火工艺所采用的温度及时间等)进行改进，能够有效解决现有技术存在的工艺复杂、灵敏度低、环境污染和稳定性差等问题，以及灵敏度、工作偏压、稳定性和环境污染等指标不能兼顾问题。

Method for improving radiation detection performance, corresponding radiation detector and preparation thereof

The invention discloses a method for improving the radiation detection performance, the corresponding radiation detector and the preparation, in which the method of improving the radiation detection performance is to migrate the inert material by doping ions in the radiation detection active layer of the radiation detector, thereby improving the radiation detection performance of the active layer of the radiation detection; ion migration inert material. The material is preferably at least one of bismuth oxybromide, boron nitride and single-walled carbon tube, and the active layer of radiation detection is completely inorganic perovskite, and Cs2AgBiBr6 is preferred. The invention improves the parameter conditions (such as the temperature and time adopted by the annealing process, such as the temperature and time used in the annealing process, etc.) of the key dopants (such as the specific types and doping amount of the dopants), the overall process flow design of the corresponding radiation detector and the key steps, and can effectively solve the complex and sensitive technology existing in the technology. Low degree, environmental pollution and poor stability, as well as sensitivity, bias, stability and environmental pollution indicators can not take into account the problem.

【技术实现步骤摘要】
一种提高辐射探测性能的方法、对应的辐射探测器及制备
本专利技术属于射线成像探测器领域，尤其是以半导体材料制备的射线成像探测器
，更具体地，涉及一种提高辐射探测性能的方法、对应的辐射探测器及制备，能够得到提高X射线及Gamma射线探测性能的探测器。
技术介绍
射线成像技术是放射性射线(如X射线和γ射线等)作为媒介，获得以图像形式展现的检测对象的结构或功能信息，为相应行业提供各种对所观察对象进行诊断、检测和监测的技术手段，广泛应用于医疗卫生、公共安全和高端制造业等行业。探测器是射线成像设备的重要组成部分，用于探测放射性射线的探测器一般有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等类型，其中半导体探测器能得到最好的能量分辨率。半导体探测器是直接吸收放射性射线，通过光电效应、康普顿散射、电子对产生三种作用方式产生电子-空穴对，它们在外加电场中运动产生探测器的基本电信号。对于这样一种半导体辐射探测器，其吸光层根据不同的用处可以使用多种半导体材料，如硅(Si),非晶硒(a-Se)等，但这些材料存在需要加大偏压，工艺复杂，灵敏度低等缺点。现有的有机无机钙钛矿虽然具有高的灵敏度，高的迁移率和载流子寿命，但是存在有毒，稳定性相对较差等问题。随后发现的全无机钙钛矿Cs2AgBiBr6稳定无毒，但是由于存在离子迁移等问题，导致电学稳定性还有待提高。因此，提高作为吸光层的钙钛矿材料的电学稳定性，实现稳定的辐射探测是非常迫切和必要的。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种提高辐射探测性能的方法、对应的辐射探测器及制备，其中通过对关键掺杂物(如掺杂物的具体种类及掺杂量)、相应辐射探测器制备方法的整体工艺流程设计及关键步骤所使用的参数条件(如退火工艺所采用的温度及时间等)进行改进，能够有效解决现有技术存在的工艺复杂、灵敏度低、环境污染和稳定性差等问题，以及灵敏度、工作偏压、稳定性和环境污染等指标不能兼顾问题，获得高性能、无毒、稳定的半导体辐射探测器，并且本专利技术还通过对辐射探测活性层的厚度等参量进行优化控制，使其与掺杂物的掺杂量相配合，能进一步确保吸光层的电学稳定性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种提高辐射探测性能的方法，其特征在于，该方法是向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，由此提高该辐射探测活性层的辐射探测性能；所述离子迁移惰性材料优选为铋氧溴(BiOBr)、氮化硼(BN)、单壁碳管中的至少一种；所述辐射探测活性层采用全无机钙钛矿，优选采用Cs2AgBiBr6。作为本专利技术的进一步优选，所述离子迁移惰性材料的掺杂量占掺杂后全无机钙钛矿整体的质量分数为0.1-5％；所述向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，具体是将所述掺杂离子迁移惰性材料研磨充分，然后将其与所述全无机钙钛矿混合研磨充分，接着在空气中300～350℃退火处理，从而形成掺杂有离子迁移惰性材料的辐射探测活性层。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种辐射探测器，其特征在于，包括辐射探测活性层(3)，该辐射探测活性层(3)中掺杂有离子迁移惰性材料，其中，所述离子迁移惰性材料优选为铋氧溴(BiOBr)、氮化硼(BN)、单壁碳管中的至少一种；所述辐射探测活性层(3)为全无机钙钛矿层，优选为Cs2AgBiBr6层；该辐射探测器还包括两个电极(1，5)，这两个电极(1，5)分别作为辐射探测器的正极和负极，用于导出所述辐射探测活性层产生的电子或空穴。作为本专利技术的进一步优选，所述两个电极(1，5)分别位于所述辐射探测活性层的两侧，至少在一个电极与该辐射探测活性层之间还设置有选择性电荷接触层，所述选择性电荷接触层为电子选择性接触层(2)或空穴选择性接触层(4)，其中，所述电子选择性接触层(2)位于辐射探测器正极(1)与所述辐射探测活性层(3)之间，用于导出所述辐射探测活性层(3)产生的电子；所述空穴选择性接触层(4)位于辐射探测器负极(5)与所述辐射探测活性层(3)之间，用于导出所述辐射探测活性层(3)产生的空穴；所述辐射探测器正极(1)用于施加正向偏压，所述辐射探测器负极(5)用于施加反向偏压。作为本专利技术的进一步优选，所述电子选择性接触层(2)为碳六十(C60)、富勒烯衍生物(PCBM)、二氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)中的至少一种。作为本专利技术的进一步优选，所述空穴选择性接触层(4)为氧化镍(NiO)、双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)中的一种。作为本专利技术的进一步优选，所述辐射探测活性层(3)的厚度为100～2000um。按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了制备上述辐射探测器的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将全无机钙钛矿晶体研磨成粉末，向其中以质量分数0.1-5％的比例掺入离子迁移惰性材料或离子迁移惰性前驱体材料，再用冷等静压以100～500MPa的压强静压3～10min制备得到多晶片；其中，所述离子迁移惰性材料包括氮化硼(BN)、或单壁碳管中的任意一种，所述离子迁移惰性前驱体材料为溴化铋(BiBr3)；所述全无机钙钛矿晶体优选为铯银铋溴Cs2AgBiBr6晶体；(2)将所述步骤(1)得到的所述多晶片在空气中300～350℃退火处理10～20小时；(3)在经所述步骤(2)处理得到的多晶片的上表面和下表面上分别制作电极，即可得到辐射探测器。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，在所述制作电极前，还包括在所述多晶片的上表面和下表面上预先制备选择性电荷接触层，该选择性电荷接触层为电子选择性接触层和/或空穴选择性接触层，其中，所述电子选择性接触层对应位于辐射探测器负极与所述辐射探测活性层之间；所述空穴选择性接触层对应位于辐射探测器正极与所述辐射探测活性层之间。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述冷等静压具体是以300Mpa的压强静压5min；所述步骤(2)中，所述退火处理具体是在350℃下处理20小时。本专利技术通过将离子迁移惰性材料掺杂进入全无机双钙钛矿(如Cs2AgBiBr6)以提高全无机钙钛矿材料作为辐射探测活性层的辐射探测器的辐射探测性能。非掺杂的全无机双钙钛矿Cs2AgBiBr6具有合适的禁带宽度，高的迁移率和载流子寿命，稳定性高，是一种全新的半导体辐射探测器的吸光层材料,但其在基线漂移、电学稳定性、暗电流等方面性能还有待提高，影响推广应用；而本专利技术通过将离子迁移惰性材料掺杂进入Cs2AgBiBr6，可提高电学稳定性，降低暗电流，提高载流子迁移率，从而提高辐射探测器器件的辐射探测性能。本专利技术通过离子迁移惰性材料(即铋氧溴、氮化硼、单壁碳管)掺杂，可以阻断离子迁移通道，有利于降低离子迁移引起的基线漂移和暗电流，提出了一种全新的离子迁移抑制方法，得到的以掺杂型全无机双钙钛矿单晶作为导体辐射探测器的吸光层，通过离子迁移惰性材料的掺杂可提高作为吸光层的钙钛矿材料的电学稳定性，从而实现稳定的辐射探测。本专利技术中掺杂有离子迁移惰性材料的辐射探测活性层其适用的工作电压为1-1000V，工作电压跨度大，电压可低至1V，在小电压条件下即可达到与现有技术必须施加大电压条件才能获得的灵敏度，灵敏度也会随着电压的增加而提升，并且在高电压条件下(如1000V的电压下)，仍能保持良好的稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高辐射探测性能的方法，其特征在于，该方法是向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，由此提高该辐射探测活性层的辐射探测性能；所述离子迁移惰性材料优选为铋氧溴(BiOBr)、氮化硼(BN)、单壁碳管中的至少一种；所述辐射探测活性层采用全无机钙钛矿，优选采用Cs2AgBiBr6。

【技术特征摘要】
1.一种提高辐射探测性能的方法，其特征在于，该方法是向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，由此提高该辐射探测活性层的辐射探测性能；所述离子迁移惰性材料优选为铋氧溴(BiOBr)、氮化硼(BN)、单壁碳管中的至少一种；所述辐射探测活性层采用全无机钙钛矿，优选采用Cs2AgBiBr6。2.如权利要求1所述提高辐射探测性能的方法，其特征在于，所述离子迁移惰性材料的掺杂量占掺杂后全无机钙钛矿整体的质量分数为0.1-5％；所述向辐射探测器的辐射探测活性层中掺杂离子迁移惰性材料，具体是将所述掺杂离子迁移惰性材料研磨充分，然后将其与所述全无机钙钛矿混合研磨充分，接着在空气中300～350℃退火处理，从而形成掺杂有离子迁移惰性材料的辐射探测活性层。3.一种辐射探测器，其特征在于，包括辐射探测活性层(3)，该辐射探测活性层(3)中掺杂有离子迁移惰性材料，其中，所述离子迁移惰性材料优选为铋氧溴(BiOBr)、氮化硼(BN)、单壁碳管中的至少一种；所述辐射探测活性层(3)为全无机钙钛矿层，优选为Cs2AgBiBr6层；该辐射探测器还包括两个电极(1，5)，这两个电极(1，5)分别作为辐射探测器的正极和负极，用于导出所述辐射探测活性层产生的电子或空穴。4.如权利要求3所述辐射探测器，其特征在于，所述两个电极(1，5)分别位于所述辐射探测活性层的两侧，至少在一个电极与该辐射探测活性层之间还设置有选择性电荷接触层，所述选择性电荷接触层为电子选择性接触层(2)或空穴选择性接触层(4)，其中，所述电子选择性接触层(2)位于辐射探测器正极(1)与所述辐射探测活性层(3)之间，用于导出所述辐射探测活性层(3)产生的电子；所述空穴选择性接触层(4)位于辐射探测器负极(5)与所述辐射探测活性层(3)之间，用于导出所述辐射探测活性层(3)产生的空穴；所述辐射探测器正极(1)用于施加正向偏压，所述辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐江，牛广达，潘伟程，杨波，巫皓迪，尹力骁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42