一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光电探测器技术领域，提供了一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，包括钙钛矿晶圆以及蒸镀在所述钙钛矿晶圆两端的金电极；其中，所述钙钛矿晶圆采用MA3Bi2I9多晶晶圆，厚度为0.6～1mm。本发明专利技术还提供了一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器的制备方法。本发明专利技术的优点在于：基于MA3Bi2I9钙钛矿晶圆器件，不仅制备简单、材料利用率高，还具有较高的电阻率、较高的载流子迁移率，使得制备的晶圆X射线探测器具有较高的灵敏度和极低的X射线检测下限。线检测下限。线检测下限。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，尤其涉及一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]伴随现代科技的高速发展，X射线探测在工业探测、安检、医学诊断等各种领域中起到越来越重要的作用。间接型X射线探测器一般需要通过闪烁体层将X射线转换为可见光，再用光电二极管将可见光转换为电信号；而直接型X射线探测器可以将X射线光子直接转化为电信号，避免了将X射线转换为可见光过程中的光量子损失，具有更高的量子效率。
[0003]高性能的X射线探测器需要有较高的X射线阻值能力，从而可以有效地吸收X射线光子来产生载流子；需要有较大的载流子迁移率寿命积，以保证电荷的高效率收集；同时，还需要具有较高的体阻值，以达到更低的探测下限。
[0004]目前，钙钛矿材料由于具有可调的带隙、较大的原子核密度以及较长的载流子寿命等特性，成为直接型X射线探测器半导体吸收层的理想材料。但现有的钙钛矿材料应用于X射线探测器件，主要是制备钙钛矿薄膜和钙钛矿单晶。其中，钙钛矿薄膜由于厚度的限制，难以对X射线有较完全的吸收，材料利用率低；而钙钛矿单晶，制备要求繁琐苛刻，且难以制备大面积器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器及其制备方法，其基于MA3Bi2I9钙钛矿晶圆器件，不仅制备简单、材料利用率高，还具有较高的电阻率、较高的载流子迁移率，使得制备的晶圆X射线探测器具有较高的灵敏度和极低的X射线检测下限。
[0006]本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007]一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，包括钙钛矿晶圆以及蒸镀在所述钙钛矿晶圆两端的金电极；其中，所述钙钛矿晶圆采用MA3Bi2I9多晶晶圆(MA＝CH3NH)，厚度为0.6～1mm。
[0008]作为本专利技术的优选方式之一，所述金电极为边长为2～3.5mm的正方形，厚度为80～100nm。
[0009]作为本专利技术的优选方式之一，所述MA3Bi2I9多晶晶圆具体为离子液体修饰后的MA3Bi2I9多晶晶圆。
[0010]作为本专利技术的优选方式之一，所述MA3Bi2I9多晶晶圆通过液相法合成离子液体钝化修饰后的MA3Bi2I9多晶，之后通过热压法热压成型。
[0011]作为本专利技术的优选方式之一，所述离子液体为BMIMBF4或BMIMPF6。
[0012]一种上述基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0013](1)称取摩尔比为(1～1.5)∶1的MAI和BiI3溶解到有机溶剂中，再将混合液与离子
液体以1∶(0.05～0.1)的摩尔比混合，并在常温下搅拌5～10h使其充分溶解，得到MA3Bi2I9前驱液；
[0014](2)将步骤(1)得到的MA3Bi2I9前驱液分装入离心管中，并加入与MA3Bi2I9前驱液体积比为(3～5)：1的反溶剂，静置20～30min后，进行离心沉淀洗涤，得到MA3Bi2I9多晶粉体；
[0015](3)称取60～100mg的MA3Bi2I9多晶粉体，放入5mm直径的热压模具中，在150～200℃的加热条件下将粉体进行压实，并保温保压30～120min；结束后脱模，得到厚度0.6～1mm的MA3Bi2I9多晶晶圆；
[0016](4)将MA3Bi2I9多晶晶圆放入蒸镀模具中，用气相沉积法在晶圆的上下两端分别蒸镀面积为4～12.25mm2的金电极，最终得到基于钙钛矿晶圆的X射线探测器。
[0017]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(1)中，有机溶剂为二甲基甲酰胺、γ丁内酯和二甲基亚砜中的一种。
[0018]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(1)中，离子液体为BMIMBF4或BMIMPF6。
[0019]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(2)中，反溶剂为氯苯、甲苯和乙酸乙酯中的一种。
[0020]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(3)中，热压压力为100～600MPa。
[0021]其中，需说明的是，上述X射线探测器制备方法中：
[0022]步骤(1)中，加入的离子液体可以钝化钙钛矿粉末，降低缺陷密度有效地抑制离子迁移，使得器件的暗电流显著降低从而达到超低的探测下限。
[0023]步骤(3)中，称取的钙钛矿粉末质量为60～100mg，可有效保证晶圆合适的厚度。
[0024]步骤(3)中，过大的压力会增加晶圆内应力，从而导致晶圆的破裂，热压压力为100～600MPa为最优选择。
[0025]步骤(3)中，在150～200℃条件下保温保压30～120min，可使钙钛矿晶粒增大，晶圆更加致密，减少界面缺陷。
[0026]步骤(3)中，称取钙钛矿晶圆的厚度为0.6～1mm，是为了保证晶圆可以更完全的吸收X射线又保证了载流子的收集效率。
[0027]本专利技术相比现有技术的优点在于：本专利技术基于MA3Bi2I9钙钛矿(多晶)晶圆器件，不仅制备简单、材料利用率高，还具有较高的电阻率、较高的载流子迁移率，使得制备的晶圆X射线探测器具有较高的灵敏度和极低的X射线检测下限；具体如下：
[0028](1)MA3Bi2I9多晶具有0维结构，具有更高的体阻值，制备的X射线探测器具有更低的检测下限；
[0029](2)采用MA3Bi2I9多晶直接压制成MA3Bi2I9多晶晶圆，制备方法简单便捷，且材料利用率高，大幅降低了成本；
[0030](3)MA3Bi2I9多晶粉末，经过离子液体的钝化，可以有效地降低缺陷密度从而抑制离子迁移，使得制备的晶圆器件具有极低的暗电流，进一步降低器件的检测下限；
[0031](4)相较于钙钛矿单晶、薄膜探测器，本专利技术晶圆探测器制备方法更加便捷，同时形状可控，可以通过改变模具调控晶圆的面积大小，方便大面积X射线成像。
附图说明
[0032]图1是实施例4中钙钛矿晶圆X射线探测器的实物图；
[0033]图2是实施例4中钙钛矿晶圆的X射线衍射图；
[0034]图3是实施例4中钙钛矿晶圆X射线探测器的电阻率测试图；
[0035]图4是实施例4中钙钛矿晶圆X射线探测器稳态暗电流图；
[0036]图5是实施例4中钙钛矿晶圆X射线探测器在200V偏压下对不同剂量X射线的光响应图；
[0037]图6是实施例4中钙钛矿晶圆X射线探测器的探测极限图；
[0038]图7是实施例5中实验组钙钛矿晶圆X射线探测器的电阻率测试图；
[0039]图8是实施例5中实验组钙钛矿晶圆X射线探测器稳态暗电流图；
[0040]图9是实施例6中实验组钙钛矿晶圆X射线探测器的实物图。
具体实施方式
[0041]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，其特征在于，包括钙钛矿晶圆以及蒸镀在所述钙钛矿晶圆两端的金电极；其中，所述钙钛矿晶圆采用MA3Bi2I9多晶晶圆，厚度为0.6～1mm。2.根据权利要求1所述的基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，其特征在于，所述金电极为边长为2～3.5mm的正方形，厚度为80～100nm。3.根据权利要求1所述的基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，其特征在于，所述MA3Bi2I9多晶晶圆具体为离子液体修饰后的MA3Bi2I9多晶晶圆。4.根据权利要求3所述的基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，其特征在于，所述MA3Bi2I9多晶晶圆通过液相法合成离子液体钝化修饰后的MA3Bi2I9多晶，之后通过热压法热压成型。5.根据权利要求3或4所述的基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器，其特征在于，所述离子液体为BMIMBF4或BMIMPF6。6.一种如权利要求1～5任一所述的基于钙钛矿晶圆的直接型X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)称取摩尔比为(1～1.5)∶1的MAI和BiI3溶解到有机溶剂中，再将混合液与离子液体以1∶(0.05～0.1)的摩尔比混合，并在常温下搅拌5～10h使其充分溶解，得到MA3Bi2I9前驱液；(2)将步骤(1)得到的MA3Bi2I9前...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘旭，汪子涵，叶加久，张辉，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：