一种基于微喷印的全钙钛矿X射线探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微纳制造领域，公开了一种基于微喷印的全钙钛矿X射线探测器及其制备方法，该器件包括基底以及电学互联结构，电学互联结构中任意一对第一电极单元和第二电极单元的两个电极单元之间通过X射线检测单元相连；X射线检测单元包括自上而下设置的钙钛矿闪烁体层和钙钛矿可见光敏感层，能够实现对X射线的探测。本发明专利技术通过对器件的结构及组成进行改进，利用特定结构设计的电学互联结构引入呈阵列化分布的X射线检测单元，该X射线检测单元则通过集成两种不同的钙钛矿分别作为闪烁体与可见光敏层，匹配闪烁体荧光光谱和探测器敏感波段，能够提高X射线探测灵敏度。本发明专利技术器件尤其可以通过电流体微喷印技术制备。其可以通过电流体微喷印技术制备。其可以通过电流体微喷印技术制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微喷印的全钙钛矿X射线探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于微纳制造领域，更具体地，涉及一种基于微喷印的全钙钛矿X射线探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]X射线在航空、医疗、工业等领域应用广泛，基于钙钛矿闪烁体的X射线间接探测因灵敏度高、辐射剂量小，展现出了极大发展潜力。但是，传统钙钛矿闪烁体全覆盖层的荧光串扰严重，降低了X射线探测成像分辨率，研制像素化、图案化闪烁体层十分必要。
[0003]而另一方面，现今图案化有两种主流方法：表面图案化亲疏水处理法和金属掩膜辅助生长法，图案特征尺寸均在20μm以上，像素点大、图案保真性差。
[0004]另外，硅基探测器作为底部荧光传感层，敏感波段固定，限制了钙钛矿闪烁体层发光特性可调的优点。

技术实现思路

[0005]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基于微喷印的全钙钛矿X射线探测器及其制备方法，其中通过对器件的结构及组成进行改进，利用特定结构设计的电学互联结构引入呈阵列化分布的X射线检测单元，该X射线检测单元则通过集成两种不同的钙钛矿分别作为闪烁体层与可见光敏层，匹配闪烁体荧光光谱和可见光敏层的敏感波段，能够提高X射线探测灵敏度。并且，本专利技术器件中具有阵列化分布的X射线检测单元(对应图案化的钙钛矿闪烁体层/图案化的钙钛矿可见光敏感层叠层)，尤其可以通过电流体微喷印技术制备图案化探测器阵列，喷印精度可达10μm以下，能够有效提高成像分辨率。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，包括基底以及位于该基底上的电学互联结构，所述电学互联结构中设置有彼此不直接接触的第一电极和第二电极，所述第一电极包括多个阵列分布的第一电极单元，所述第二电极包括多个阵列分布的第二电极单元，第一电极单元与第二电极单元一一对应，任意一对第一电极单元和第二电极单元中的两个电极单元彼此相邻、且彼此之间通过X射线检测单元相连；所述X射线检测单元包括自上而下设置的钙钛矿闪烁体层和钙钛矿可见光敏感层，其中，所述钙钛矿闪烁体层中的钙钛矿闪烁体材料能够在X射线照射下发出可见光，这些可见光能够进一步激发所述钙钛矿可见光敏感层使其产生光电转换效应，再经由第一电极与第二电极传导即可实现对X射线的探测。
[0007]作为本专利技术的进一步优选，所述电学互联结构包括横向分布的多条第一电极和纵向分布的多条第二电极，两者的交叉点通过绝缘层相间隔；第一电极单元通过引线自第一电极引出，第二电极单元通过引线自第二电极引出；
[0008]优选的，所述绝缘层采用氧化铝或氧化铪，所述绝缘层的厚度优选为50～70nm；
[0009]横向分布的多条第一电极和纵向分布的多条第二电极中，位于下方的电极的厚度
为40～80nm。
[0010]作为本专利技术的进一步优选，任意一对第一电极单元和第二电极单元中，电极沟道不超过6μm；
[0011]相邻的第一电极单元之间的间距和相邻的第二电极单元之间的间距均为12μm以下。
[0012]作为本专利技术的进一步优选，所述钙钛矿闪烁体层的厚度为1μm以上；
[0013]所述钙钛矿闪烁体层中的钙钛矿闪烁体材料选自Rb2CuBr3、Cs3Cu2I5、Cs4PbBr6及其掺杂衍生物、卤素替代物。
[0014]作为本专利技术的进一步优选，所述钙钛矿可见光敏感层的厚度介于80～300nm；
[0015]所述钙钛矿可见光敏感层中的钙钛矿材料选自MAPbI3、FAPbI3、CsPbBr3、Cs2AgBiBr6及其掺杂衍生物、卤素替代物。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，对于所述X射线检测单元，所述钙钛矿闪烁体层和所述钙钛矿可见光敏感层之间还设置有缺陷钝化层和/或电荷提取层；
[0017]在所述电学互联结构与所述钙钛矿可见光敏感层之间还设置有电荷缓冲层。
[0018]作为本专利技术的进一步优选，所述基底为刚性基底或柔性基底，其中，所述刚性基底优选选自为硅、玻璃，所述柔性基底优选选自高分子聚合物、云母；
[0019]所述电学互联结构所采用的材料选自金、银、石墨烯、Mxene。
[0020]按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述全钙钛矿X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
[0021](1)在基底上，采用光刻、真空薄膜沉积制备电学互联结构；所述电学互联结构中设置有彼此不直接接触的第一电极和第二电极，所述第一电极包括多个阵列分布的第一电极单元，所述第二电极包括多个阵列分布的第二电极单元，第一电极单元与第二电极单元一一对应；
[0022](2)采用电流体微喷印制备图案化的钙钛矿可见光敏感层，使得所述电学互联结构中每一对第一电极单元和第二电极单元中的两个电极单元之间通过图案化的钙钛矿可见光敏感材料相连；
[0023](3)采用电流体微喷印在图案化可见光敏感层上原位制备相同图案的钙钛矿闪烁体层，从而在图案化的钙钛矿可见光敏感材料上形成图案化的钙钛矿闪烁体材料，得到X射线检测单元；
[0024](4)封装，即可得到全钙钛矿X射线探测器；
[0025]优选的，所述步骤(4)中，封装所采用的封装材料选自PDMS、PMMA、PS、Al2O3，封装工艺选自旋涂、喷涂、刮涂、ALD。
[0026]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，电流体微喷印的具体参数如下：电流体喷头直径为15～25μm，喷头与基板间距15～25μm，喷印电压750～850V，电压频率18～22Hz；
[0027]所述图案化的钙钛矿可见光敏感层优选为点阵形式的钙钛矿可见光敏感层，点阵中的每一个点与一对第一电极单元和第二电极单元相对应，每个一点的尺寸更优选为不超过10μm；
[0028]所述步骤(3)中，电流体微喷印的具体参数如下：电流体喷头直径为15～25μm，喷
头与基板间距15～25μm，喷印电压750～850V，电压频率18～22Hz。
[0029]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述钙钛矿可见光敏感材料由溶液法制得；
[0030]所述步骤(3)中，所述钙钛矿闪烁体材料由溶液法制得。
[0031]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于集成两种不同的钙钛矿分别作为闪烁体与可见光敏层构成X射线检测单元，并配合电学互联结构对X射线检测单元进行阵列化，可满足X射线探测器的像素分辨率要求。传统钙钛矿闪烁体全覆盖层，荧光串扰严重，降低了X射线探测成像分辨率；本专利技术利用像素化、图案化的闪烁体层，形成阵列化的X射线检测单元，可以有效突破现有技术的限制。并且，本专利技术中像素化、图案化的闪烁体层尤其可以采用电流体微喷印工艺实现，不同于传统制备图案化的材料层需要使用光刻等工艺，本专利技术中采用电流体微喷印工艺，图案可以直接由外部控制器编程实现，工艺简单便捷、成本更低。
[0032]现有技术中的X射线探测器，往往是采用硅基探测器作为底部荧光传感层，而硅基探测器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，包括基底以及位于该基底上的电学互联结构，所述电学互联结构中设置有彼此不直接接触的第一电极和第二电极，所述第一电极包括多个阵列分布的第一电极单元，所述第二电极包括多个阵列分布的第二电极单元，第一电极单元与第二电极单元一一对应，任意一对第一电极单元和第二电极单元中的两个电极单元彼此相邻、且彼此之间通过X射线检测单元相连；所述X射线检测单元包括自上而下设置的钙钛矿闪烁体层和钙钛矿可见光敏感层，其中，所述钙钛矿闪烁体层中的钙钛矿闪烁体材料能够在X射线照射下发出可见光，这些可见光能够进一步激发所述钙钛矿可见光敏感层使其产生光电转换效应，再经由第一电极与第二电极传导即可实现对X射线的探测。2.如权利要求1所述全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，所述电学互联结构包括横向分布的多条第一电极和纵向分布的多条第二电极，两者的交叉点通过绝缘层相间隔；第一电极单元通过引线自第一电极引出，第二电极单元通过引线自第二电极引出；优选的，所述绝缘层采用氧化铝或氧化铪，所述绝缘层的厚度优选为50～70nm；横向分布的多条第一电极和纵向分布的多条第二电极中，位于下方的电极的厚度为40～80nm。3.如权利要求1所述全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，任意一对第一电极单元和第二电极单元中，电极沟道不超过6μm；相邻的第一电极单元之间的间距和相邻的第二电极单元之间的间距均为12μm以下。4.如权利要求1所述全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，所述钙钛矿闪烁体层的厚度为1μm以上；所述钙钛矿闪烁体层中的钙钛矿闪烁体材料选自Rb2CuBr3、Cs3Cu2I5、Cs4PbBr6及其掺杂衍生物、卤素替代物。5.如权利要求1所述全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，所述钙钛矿可见光敏感层的厚度介于80～300nm；所述钙钛矿可见光敏感层中的钙钛矿材料选自MAPbI3、FAPbI3、CsPbBr3、Cs2AgBiBr6及其掺杂衍生物、卤素替代物。6.如权利要求1所述全钙钛矿X射线探测器，其特征在于，对于所述X射线检测单元，所述钙钛矿闪烁体层和所述钙钛矿可见光敏感层之间还设置有缺陷钝化层和/或电荷提取层；在所述电学互联结构与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖广兰，林成旭，刘智勇，张许宁，刘睿，甘浪，叶海波，何春华，史铁林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：