[发明专利]基于CH3NH2PbBr3钙钛矿单晶的高性能X射线传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于X射线传感器技术领域，具体涉及一种基于CH₃NH₂PbBr₃钙钛矿单晶的高性能X射线传感器及其制备方法，包括X射线光电转换材料制备、X射线传感器结构以及器件制备方法。

背景技术

X射线成像是重要的医学诊断和治疗技术，因此研究新型的X射线成像器件和成像技术是人们不断追求的目标。X射线探测器在X射线成像系统的重要部件，它将X射线信号转换为电信号，是整个系统光电转换的核心。高性能X射线探测器需要具有较高的空间分辨率和灵敏度，较大的成像面积。

最早的X射线探测是通过胶片直接成像，但是胶片对X射线的灵敏度很低，拍照时所需射线剂量大。随后人们采用基于图像板(Imaging Plate,IP)的计算机X射线成像术(Computer Radiography,CR)实现了X射线的数字化成像。图像板一般用含有稀土元素的BaFBr多晶粉末制成,它能够将X射线电离激发出的电子和空穴以捕获态存贮起来,通过读出装置即可进行图像数据的读出。

数字射线成像术(Digital Radiography,DR)可以实现真正意义上的实时数字X射线成像，它能够将X射线直接转换为数字电信号。数字X射线探测器又可以分为间接式数字X射线探测和直接式数字X射线探测两类。间接式数字X射线探测器中，X射线转换层将入射的X射线转换为可见荧光，然后通过光电二极管阵列将荧光信号转换为电荷信号，最后由电荷采集电路对电荷信号进行采集。所用到的X射线转换层由X射线荧光材料组成。常用的X射线荧光材料有Gd₂O₂S:Tb和CsI:Tl等。直接式数字X射线探测器中，X射线转换层直接将入射的X射线转换为电荷信号,并由电荷采集电路对电荷信号进行采集。所用到的X射线转换层是由光电导材料组成,厚度一般在100微米到800微米之间。常用的光电导材料主要有非晶硒(a-Se)、碘化汞(HgI₂)和氧化铅(PbO)等。

由于直接式数字X射线探测器将X射线能量直接转换为电信号，而不需要中间的可见荧光变换过程，因此它可以具有更高的探测灵敏度。因为X射线的穿透能力很强，为了提高X射线的吸收率，直接式数字X射线探测器的光电导层通常较厚。这些光电导层具有非晶或者多晶结构，光生载流子在光电导层中会发生复合，光生载流子的复合随着光电导层厚度的增加而迅速增加。因此，在直接式数字X射线探测器中，提高X射线吸收率和降低光生载流子的复合率存在矛盾，需要探索新的光电转换材料和器件结构来提高探测器的灵敏度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于CH₃NH₂PbBr₃钙钛矿单晶的高性能X射线传感器及其制备方法，该X射线传感器具有探测灵敏度高、成像面积大、传感器结构简单和制备成本低廉的优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于CH₃NH₂PbBr₃钙钛矿单晶的高性能X射线传感器，包括用于光电转换的CH₃NH₂PbBr₃钙钛矿单晶衬底，所述钙钛矿单晶衬底上方均匀平行设置有若干行电极，所述钙钛矿单晶衬底下方均匀平行设置有若干列电极，与所述行电极相互垂直；

所述钙钛矿单晶衬底上下方分别为平行的前后盖板，所述前后盖板的截面大于所述钙钛矿单晶衬底的截面；所述前后盖板除去所述钙钛矿单晶衬底以外的外缘部分，均匀平行设置有若干引线电极，分别在行列方向上与所述行列电极对应连接。

进一步的，所述钙钛矿单晶衬底采用变温结晶法制备：

a)甲胺水溶液与氢溴酸水溶液，按照按摩尔比1：1.2，在0℃的水浴中混合，待反应结束后，静置10分钟；

b)将反应后溶液倒入旋转蒸发台蒸干，收集析出的白色粉末；将白色粉末用乙醚清洗之后，吸出过量乙醚并且加入过量乙醇；将乙醇悬浊液导入旋转蒸发台再次蒸干，获得CH₃NH₃Br粉体；；

c)将前面反应得到的CH₃NH₃Br粉体，按照1mol/L的浓度溶解于二甲基甲酰胺中，搅拌并超声，使其完全溶解；