[发明专利]一种提高基于铯铅溴CsPbBr3

说明书

本发明属于半导体辐射探测领域，公开了一种提高基于铯铅溴CsPbBrsubgt;3/subgt;的辐射探测器性能的方法，该方法是通过对辐射探测器的吸光层铯铅溴CsPbBrsubgt;3/subgt;钙钛矿材料进行含氧气氛围的退火处理，在避免使CsPbBrsubgt;3/subgt;体相中的溴元素被氧化以致失去钙钛矿结构的前提下，仅在吸光层CsPbBrsubgt;3/subgt;的表面形成宽带隙的铅的氧化物以钝化缺陷，降低暗电流，从而提高辐射探测器CsPbBrsubgt;3/subgt;的辐射探测性能。本发明通过对辐射探测器的吸光层CsPbBrsubgt;3/subgt;进行氧气氛围的退火处理，能够有效解决现有的吸光层缺陷多，暗电流大等问题，同时兼顾灵敏度、稳定性等指标。

技术领域

本发明属于半导体辐射探测领域，更具体地，涉及一种提高基于铯铅溴CsPbBr₃的辐射探测器性能的方法，该方法利用含氧气氛围下的退火处理，能够提高辐射探测器的性能，尤其是基于铯铅溴CsPbBr₃的PIN辐射探测器。

背景技术

辐射探测技术是以具有穿透性的放射性射线(如X、γ射线等)为媒介，获得目标物体信息的技术，被广泛应用于医疗卫生、公共安全和高端制造业等行业。探测器是辐射探测中重要的组成部分，用于探测放射性射线的探测器一般有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等类型。

半导体探测器是直接吸收放射性射线，通过光电效应、康普顿散射、电子对产生三种作用方式产生电子-空穴对，它们在外加电场中运动并在电极上被收集，产生探测器的信号。对于半导体辐射探测器，其吸光层根据不同的用处可以使用多种材料，如硅(Si),非晶硒(a-Se)等。现有的铯铅溴CsPbBr₃钙钛矿材料由于具有高的灵敏度、高的迁移率和载流子寿命，已经被广泛应用于半导体领域(如太阳能电池、不同波长的探测、电致发光显示等等)；其中应用于辐射探测领域的CsPbBr₃材料被要求有较大的厚度，以完成吸光层对穿透性良好的射线光子的全吸收，因此熔体法(固相)的制备方案相比较液相和气相方案，就更加适用于生产CsPbBr₃的半导体辐射探测器。但是吸光层CsPbBr₃材料在熔体法制备过程中，由于高温结晶工艺，大蒸汽压的卤素单质挥发使得吸光层CsPbBr₃容易出现产生铅单质和溴空位缺陷的现象，且该现象已经被报道。较高的缺陷密度和导电性更好的铅单质的出现，增大暗态电流，也加剧离子迁移，导致探测器的电学稳定性降低。因此，通过提高吸光层CsPbBr₃的电学稳定性来实现较高性能的辐射探测，是非常迫切和必要的。

现有技术中也存在通过调整熔体法生产工艺以进行“原位”优化的相关研究，如改变布里奇曼单晶生长过程中的提拉速度、空间温场分布，或者是热压法制备厚膜时使表面覆盖光滑石英层以减少组分偏析等，都可以降低体相的缺陷密度。本发明则是通过提供一种“非原位”、后处理的方法，在制备过程结束后以氛围退火处理的方法，提升吸光层的性能，以达到上述目的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种提高基于铯铅溴CsPbBr₃的辐射探测器性能的方法，通过对吸光层铯铅溴CsPbBr₃进行后处理，能够提高辐射探测器性能。以熔体法制得的CsPbBr₃钙钛矿材料作为辐射探测吸光层为例，利用本发明方法，通过对辐射探测器的吸光层CsPbBr₃进行氧气氛围的退火处理，将由于熔体法高温工艺生产CsPbBr₃材料所带来的铅单质转化为宽带隙、高阻的铅的氧化物(其氧化物带隙都大于钙钛矿卤化物)，并钝化其中的溴空位缺陷，由此解决现有的吸光层缺陷多、暗电流大等问题，同时兼顾灵敏度、稳定性等指标。