【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器及制备方法，属于x射线探测。
技术介绍
0、技术背景
1、x射线探测器被广泛应用于无损检测、安防安检、医学诊断等领域，其原理是x射线与探测材料相互作用产生载流子，载流子在材料内定向移动产生电信号响应。自驱动x射线探测是指在无外加偏压下，可以实现对电信号的收集而实现探测，在低功耗、高灵敏x射线探测方面具有重要应用价值。
2、自驱动x射线探测的基本原理包括：体光伏效应、异质结和pn结等。异质结和pn结探测器制备工艺复杂，而基于体光伏效应x射线探测是利用非中心对称材料在x射线辐照下的体光伏效应，产生光生电子空穴，并在零偏压下实现有效分离而实现探测。相比于传统的pn结自驱动x射线探测器，基于体光伏效应的自驱动x射线探测器仅需要单一极性材料实现x射线探测，避免了复杂的材料界面工程，具有器件制备简单、光电压大、响应速度快以及材料缺陷容忍性高等优势，在自驱动x射线探测领域具有重要应用潜力。
3、目前，基于钙钛矿材料的x射线探测器受到广泛关注，但是其存在pb毒性问题、材料稳定性差、体光伏效应弱等问题，限制了在自驱动x射线探测领域的应用。
4、硒铟镓锂(liga0.5in0.5se2)晶体是一种具有非中心对称结构的极性晶体，属于正交晶系，pna21空间群。该晶体具有较合适的带隙(2.22ev)，高的电阻率(2.36×1012ωcm)，本征极性结构导致强的体光伏效应，以及良好的稳定性等优异性能，而且材料本身不含pb，具有无毒环
5、但是目前尚未有基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测方面的具体应用。
技术实现思路
1、本专利技术针对目前自驱动x射线探测技术存在的灵敏度低、材料稳定性差等不足，设计一种结构简单，能够实现高灵敏和低检测限的x射线探测的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器。
2、本专利技术的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，采用以下技术方案：
3、该自驱动x射线探测器，为msm器件结构，以c面liga0.5in0.5se2晶片作为半导体材料，金属材料作为电极，可在零偏压下实现自驱动x射线探测。
4、所述电极产生的电流方向与晶体的c轴方向平行。
5、所述晶片尺寸为6×6mm2-8×8mm2。
6、所述晶片厚度为1.5mm-2mm。
7、所述金属材料为金或银。
8、所述电极厚度为60nm-100mm。
9、由于liga0.5in0.5se2晶体为非中心对称结构的极性晶体，在c方向具有大的偶极矩，能够产生强的体光伏效应，利于实现自驱动x射线探测。同时，liga0.5in0.5se2晶体具有较合适的带隙(2.22ev)，高的电阻率(2.36×1012ωcm)与良好的稳定性。因此，基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器具有高的灵敏度和低的检测限，能够实现高性能自驱动x射线探测。
10、本专利技术基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器的制备方法，包括以下步骤：
11、(1)制备liga0.5in0.5se2晶体；
12、(2)定向加工c面liga0.5in0.5se2晶片；
13、liga0.5in0.5se2晶片尺寸为6×6mm2-10×10mm2，厚度为1.5mm-2mm。
14、(3)将liga0.5in0.5se2晶片上表面和下表面抛光并进行表面钝化处理；
15、所述表面钝化处理的过程是将liga0.5in0.5se2晶片置于80-85℃的30％h2o2溶液中浸泡1-1.5h。
16、(4)在liga0.5in0.5se2晶片上表面和下表面蒸镀金属电极。
17、所述步骤(1)中制备liga0.5in0.5se2晶体的过程是：
18、①按照摩尔比li：ga：in：se＝2：1：1：4的比例配料，将单质原料装入预处理的石墨坩埚中混匀，然后置于预处理的石英安瓿中，抽真空后烧结封管；
19、②将石英安瓿阶段性升温，使得原料充分化合反应；
20、所述阶段性升温，首先30～40小时升温至200～250℃，恒温25～35小时；然后，30～40小时升温至600～650℃，恒温30～40小时；最后在升温至900～950℃，恒温40～50小时。
21、③反应完毕后，降至室温；
22、所述降至室温的时间为50～60小时。
23、④敲碎石英安瓿，从坩埚中取出liga0.5in0.5se2多晶料，研磨成liga0.5in0.5se2粉末；
24、⑤将研磨的liga0.5in0.5se2粉末装入预处理的石墨坩埚中，然后置于预处理的石英安瓿中，抽真空烧结密封；
25、⑥将石英安瓿在850～900℃熔化30～40小时，然后以0.15～0.3mm/h的下降速率下降至800-850℃位置，然后以1～2℃/h的降温速率降至室温，敲碎石英安瓿，从坩埚中取出liga0.5in0.5se2晶体。
26、所述①和⑤中预处理的石墨坩埚，是将内壁打磨光滑，清洗干净并烘干。
27、所述①和⑤中所述预处理的石英安瓿，是将石英安瓿置于稀盐酸溶液(质量分数为10％)中浸泡20小时后，依次采用去离子水和无水乙醇进行清洗。
28、所述①和⑤中抽真空的真空度为≤10-4pa；
29、所述⑥中是将石英安瓿置于布里奇曼炉中的高温区，布里奇曼炉的高温区和低温区温度分别设置为850～900℃和650～700℃。
30、由于liga0.5in0.5se2晶体具有极性结构，沿c轴方向具有大的偶极矩。基于c向liga0.5in0.5se2晶片制备的探测器，在x射线照射时产生载流子，光生载流子沿晶体极轴c向运动到达电极两端，从而在无偏压的情况下产生光电流，实现自驱动x射线探测。
31、对上述制备的自驱动x射线探测器，利用半导体测试系统测试其性能，采用40kev光子能量的x射线，剂量率为2.944-7.429μgy/s。在无偏压下，器件的灵敏度高达354μc gy-1cm-2，远高于基于α-se的商用x射线探测器灵敏度(20μc gy-1 cm-2)，探测器的检测限低至125.5ngy/s。基于其他材料的自驱动x射线探测器性能如表1所示，与其他材料制备的探测器相比，liga0.5in0.5se2晶体x射线探测器具有灵敏度高和检测限低等突出的性能优势，详见表1。
32、表1不同材料自驱动x射线探测性能对比
33、
34、本专利技术利用liga0.5in0.5s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器，其特征是，该探测器为MSM器件结构，以c面LiGa0.5In0.5Se2晶片作为半导体材料，金属材料作为电极，在零偏压下实现自驱动X射线探测。
2.根据权利要求1所述的基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器，其特征是，所述电极产生的电流方向与晶体的c轴方向平行。
3.根据权利要求1所述的基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器，其特征是，所述晶片尺寸为6×6mm2-8×8mm2，所述晶片厚度为1.5mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器，其特征是，所述金属材料为金或银。
5.根据权利要求1所述的基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器，其特征是，所述电极厚度为60nm-100mm。
6.一种权利要求1-5任一项所述基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所
8.根据权利要求7所述基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器的制备方法，其特征是，所述步骤①和⑤中预处理的石墨坩埚，是将内壁打磨光滑，清洗干净并烘干；所述步骤①和⑤中预处理的石英安瓿，是将石英安瓿置于稀盐酸溶液中浸泡20小时后，依次采用去离子水和无水乙醇进行清洗；所述步骤①和⑤中抽真空的真空度为≤10-4Pa；所述步骤⑥中是将石英安瓿置于布里奇曼炉中的高温区，布里奇曼炉的高温区和低温区温度分别设置为850～900℃和650～700℃。
9.根据权利要求7所述基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器的制备方法，其特征是，所述③中降至室温的时间为50～60小时。
10.根据权利要求6所述基于LiGa0.5In0.5Se2晶体的自驱动X射线探测器的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中表面钝化处理过程是将LiGa0.5In0.5Se2晶片置于80-85℃的30％H2O2溶液中浸泡1-1.5h。
...【技术特征摘要】
1.一种基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，其特征是，该探测器为msm器件结构，以c面liga0.5in0.5se2晶片作为半导体材料，金属材料作为电极，在零偏压下实现自驱动x射线探测。
2.根据权利要求1所述的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，其特征是，所述电极产生的电流方向与晶体的c轴方向平行。
3.根据权利要求1所述的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，其特征是，所述晶片尺寸为6×6mm2-8×8mm2，所述晶片厚度为1.5mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，其特征是，所述金属材料为金或银。
5.根据权利要求1所述的基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器，其特征是，所述电极厚度为60nm-100mm。
6.一种权利要求1-5任一项所述基于liga0.5in0.5se2晶体的自驱动x射线探测器的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述基于lig...
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