[发明专利]一种射线探测材料及其用途和器件

说明书

本发明公开了一种射线探测材料及其用途和器件。这种射线探测材料，其结构通式为A₃B₂X₉，其中A为Cs、Ag、Rb、NH₄中的一种或多种，B为Bi、Sb或Te中的一种或多种，X为卤族元素Cl、Br、I中的一种或多种。该材料具备高射线吸收系数、高载流子寿命迁移率乘积、极高的探测灵敏度、极低的检测极限、非常好的稳定性，可以制成X射线探测与成像的重要元件。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种X射线及γ射线的探测材料及其用途和器件。

背景技术

X射线又称伦琴射线，是一种波长范围在0.01纳米到10纳米之间，对应频率范围30PHz到30EHz，能量范围100eV到100KeV的电磁辐射。波长略大于0.5nm的X射线称之为软X射线。波长短于0.1nm的叫做硬X射线。由于X射线是可见光光子能量的几十倍至几万倍。γ射线是比X射线能量更高的一种射线。这些性质使其在物理学、工业、和医学上得到广泛的应用。

X射线以及γ射线的穿透作用很强，在与物质相互作用时，仅一部分可以被物质吸收，剩余经原子间隙而透过，因此具有很强的穿透能力。由于其的穿透力与物质密度紧密相关，所以利用不同物质的吸收差别可以对密度不同的物质进行区分。X射线行李检查仪正是基于这一原理，在安保领域被广泛应用。在医学上，基于X射线造影的CT等技术，对疾病诊断和治疗有巨大帮助，业已成为一门专门学科，在生物医学领域占有重要地位。在医学成像和工业探伤领域，γ射线同样发挥着巨大作用，比如PET(正电子发射型计算机断层显像)的成像核心元件就是γ射线探测器。

在上述多种应用场合下，X射线和γ射线的探测都是其中的关键环节，因此X射线探测器无论在科学研究或是工业生产中都有着重要的价值。对高能射线的检测主要有直接和间接两类方法，间接法是通过闪烁体将射线转化为可见光信号后用光电探测器检测；直接法则是将射线直接转换成电流。基于闪烁体的探测器阵列由于闪烁光在转换层内的横向扩散，具有有限的空间分辨率。因此，研究直接型固态半导体探测器具有更加重要的意义，也将成为未来高分辨X光成像的核心元件。

众所周知，高能射线具有独特的生物效应，其与生物体的相互作用可使生物细胞受到抑制、破坏乃至坏死，会使得机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。这一特性虽然可以被应用在治疗人体疾病，特别是肿瘤的治疗之上，但另一方面X射线也会导致脱发、皮肤烧伤、视力障碍和白血病等射线伤害的问题。因此，在各类成像和探测的应用中降低射线的剂量也成为科学界和工业界长期追求的目标，本发明提出的这一类对高能射线具有高灵敏度探测性能的材料，正是为了解决这个科学技术问题。目前最广泛使用的X射线探测器是基于间接探测的方案，该方案需要闪烁的荧光粉，首先将X射线光子转换为可见光光子，然后由光电二极管检测。一个更好的方式是将X射线辐射直接转换为电信号，因为它将使系统配置更简单，具有更高的空间分辨率。目前直接型探测的X射线探测和成像系统很少，大多数的商用设备还是使用硅来做探测，硅探测器对X射线并不灵敏，通常需要很大的剂量才能成像，当被检测对象是人和动物等活体时，这是一个很大的健康隐患。本发明提出的这类可以用作X射线探测的材料和器件，可以集成成成像系统，大大提高X射线成像的灵敏度，降低成像所需要的辐射剂量。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的具有高探测灵敏度、低检测剂量、高稳定性、无有毒元素的X射线以及γ射线探测材料。

本发明提供的射线探测材料，其结构通式为A₃B₂X₉，其中A为Cs、Ag、Rb、NH₄中的一种或多种，B为Bi、Sb或Te中的一种或多种，X为卤族元素Cl、Br、I中的一种或多种。

优选的，A₃B₂X₉中一类效果较优的材料结构通式为(NH₄)₃Bi₂I₉。