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CN113035900B - 一种直接型电磁辐射探测器及制备方法 - Google Patents

一种直接型电磁辐射探测器及制备方法 Download PDF

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CN113035900B CN202110216562.XA CN202110216562A CN113035900B CN 113035900 B CN113035900 B CN 113035900B CN 202110216562 A CN202110216562 A CN 202110216562A CN 113035900 B CN113035900 B CN 113035900B
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胡明珠
郑雪
李伟民
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Abstract

本发明适用于电磁辐射探测器领域，公开了一种直接型电磁辐射探测器及制备方法，直接型电磁辐射探测器包括电极层、封装层、N型半导体层、吸光层、P型半导体层、透明导电层和基底，透明导电层、P型半导体层、吸光层、N型半导体层、封装层和电极层从下至上依次设于基底上，透明导电层沿垂直于电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的像素区域，电极层沿平行于电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，透明导电层和电极层电性连接，该探测器能够同时利用若干个光电信号采集区域同时对若干个像素区域进行信息采集，从而能够提高探测器的灵敏度，因此，只需要少量的电磁辐射的使用剂量就能够实现高灵敏度探测。

Description

一种直接型电磁辐射探测器及制备方法
技术领域
本发明涉及电磁辐射探测器领域，尤其涉及一种直接型电磁辐射探测器及制备方法。
背景技术
电磁辐射探测器，尤其是X射线探测器被广泛的应用于医疗成像、安检、无损探测和质检等领域。当X射线穿透被检物，其衰减信号被X射线探测器记录下来。被检物的不同部位包含有不同的元素构成，对X射线的吸收和衰减能力不同，因而在X射线探测器上形成了不同强度的电信号。
在医疗领域，X射线成像的使用越来越普及，对辐射安全也提出了更高的要求。有时候，为了提高检测灵敏度，使用的X射线的剂量较高，然而高剂量的X射线扫描，比如计算机断层扫描(CT)，会损伤DNA，增加病人患癌的风险。
因此，制备更高灵敏度的电磁辐射射线探测器，从而降低电磁辐射射线的使用剂量非常有必要。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种直接型电磁辐射探测器，其能够在使用较少剂量的电磁辐射实现高灵敏度检测。
为达到上述目的，本发明提供的方案是：
一种直接型电磁辐射探测器，包括电极层、封装层、N型半导体层、吸光层、P型半导体层、透明导电层和基底，所述透明导电层、所述P型半导体层、所述吸光层、所述N型半导体层、所述封装层和所述电极层从下至上依次设于所述基底上，所述透明导电层沿垂直于电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的像素区域，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，所述透明导电层和所述电极层电性连接。
优选地，所述吸光层的厚度为300-700nm。
优选地，所述吸光层包括钙钛矿材料。
优选地，所述吸光层包括丙烯酸甲酯铅碘三钙钛矿，所述吸光层的厚度为300nm。
优选地，所述N型半导体层包括PCBM。
优选地，所述P型半导体层包括氧化镍。
优选地，所述直接型电磁辐射探测器还包括信号采集处理设备，所述透明导电层和所述电极层分别与所述信号采集处理设备连接。
本发明的第二个目的在于提供一种直接型电磁辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：
提供基底，所述基底表面镀有透明导电层；
沿垂直于电磁辐射的入射方向将透明导电层划分为若干个间隔设置的像素区域；
在所述透明导电层表面形成P型半导体层；
在所述P型半导体层表面形成吸光层；
在所述吸光层表面形成N型半导体层；
在所述N型半导体层表面形成封装层；
在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，完成探测器的制备。
优选地，在所述透明导电层表面形成P型半导体层的具体实施方式为：配置乙腈乙醇溶液，并将搅拌均匀后的乙腈乙醇溶液注入盛有氧化镍粉末的量瓶中；搅拌氧化镍粉末直至氧化镍粉末充分溶解，得到浓度为5mg/ml的氧化镍溶液；在透明导电层表面喷涂氧化镍溶液，形成P型半导体层。
优选地，所述吸光层由丙烯酸甲酯铅碘三钙钛矿溶液制备而成，在所述P型半导体层表面形成吸光层的具体实施方式为：
制备钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液由碘化丙烯酸甲酯(MAI)与二碘化铅(PbI2)合成，所述碘化丙烯酸甲酯与所述二碘化铅的配比为0.3；
将形成有形成P型半导体层的样品放入手套箱，用液枪取钙钛矿前驱体溶液，均匀涂覆在样品的四角和中心；
将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的样品放置在匀胶机表面，对样品进行旋转涂覆；
在对样品旋转涂覆的过程中，向样品表面滴加甲苯进行钙钛矿材料的萃取，形成吸光层。
优选地，在所述吸光层表面形成N型半导体层的实施方式为：制备PCBM溶液，将PCBM溶液均匀涂覆在形成有吸光层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，对样品进行旋转涂覆，形成N型半导体层。
优选地，在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域的实施方式为：
提供掩膜版，所述掩膜版贯穿设有若干个间隔设置的镀层区域，若干个所述镀层区域沿平行于电磁辐射的入射方向并排设置；
将所述掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在所述镀层区域填充电极材料，所述电极材料形成电极层。
优选地，在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域的实施方式为：
提供掩膜版，所述掩膜版贯穿设有一个镀层区域；
将所述掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在所述镀层区域填充电极材料，所述电极材料形成电极层；
沿平行于所述电磁辐射的入射方向将所述电极层划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域。
本发明提供的直接型电磁辐射探测器能够同时利用若干个光电信号采集区域同时对若干个像素区域进行信息采集，从而能够提高探测器的灵敏度，因此，只需要少量的电磁辐射的使用剂量就能够实现高灵敏度探测。
本发明的制备方法操作简单，能够制备出高灵敏度的直接型电磁辐射探测器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的直接型电磁辐射探测器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的直接型电磁辐射探测器的制备方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的第一种掩膜版的结构示意图；
图4是由图3的掩膜版制备得到电极层的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的第二种掩膜版的结构示意图。
附图标号说明：
10、电极层；11、光电信号采集区域；20、封装层；30、N型半导体层；
40、吸光层；50、P型半导体层；60、透明导电层；61、像素区域；70、基底；
80、信号采集处理设备；90、掩膜版；91、镀银区域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1至图5所示，其为发明的一种实施例的直接型电磁辐射探测器。下面以电磁辐射中X射线举例说明直接型电磁辐射探测器的结构及功能特点。
需要说明的是，本实施例所述的X射线仅为示例性说明，本实施例的直接型电磁辐射探测器也可用适用其他电磁辐射。图1中以X方向为平行与X射线的入射方向，Y方向为垂直于X射线的入射方向。
请参阅图1-图5，本发明实施例的直接型电磁辐射探测器，包括电极层、封装层、N型半导体层、吸光层、P型半导体层、透明导电层和基底，透明导电层、P型半导体层、吸光层、N型半导体层、封装层和电极层从下至上依次叠设在基底上，透明导电层沿垂直于X射线的入射方向划分为若干个间隔设置的像素区域，即，从Y方向来看，可以看到若干个间隔设置的像素区域，电极层沿平行于X射线的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，即，从X方向来看，可以看到若干个间隔设置的光电信号采集区域，透明导电层和电极层电性连接，也就是说，每个能量通道均可以获取到所有像素区域的信息。入射的X射线由X射线管产生，光子能量处于大概1～200keV范围内，对应波长位于0.006～1nm范围内。吸光层对能量范围在20～120keV的X射线光子的吸收概率大于95％，X射线吸光层(104)的衰减系数是硅材料的大约0.5～5倍。
传统的X射线探测器中，X射线从上往下入射，本实施例的直接型电磁辐射探测器中，X射线从探测器的一侧入射(如图1中X方向)，高能量X射线具有更强的穿透能力，沿X射线传播方向数次成像，这样设计，本实施例的直接型电磁辐射探测器能够同时利用若干个光电信号采集区域同时对若干个像素区域进行信息采集，从而能够提高探测器的灵敏度，因此，只需要少量的X射线的使用剂量就能够实现高灵敏度探测。本实施例的直接型电磁辐射探测器同时实现了体积小、成本低、构型简单、灵敏度高以及能谱分辨等优良探测性能。
可以理解地，像素区域的数量可以根据实际情况划分，例如，可以将透明导电层划分为258个独立区域，舍去两端的两个区域，形成256个独立的像素区域。
可以理解地，光电信号采集区域的数量可以根据实际情况划分，例如，可以将电极层划分出四个光电信号采集区域，这样就可以利用四个能量通道同时对256个像素区域进行信息采集。
优选地，基底可以采用玻璃、不锈钢片、陶瓷等任一材料制备。
优选地，透明导电层可以采用掺氟氧化锡、掺铟氧化锡、掺铝氧化锌等任一材料制备。透明导电层的制备方法如下：
步骤1：选取表面镀有掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)等任一透明导电层的玻璃、陶瓷等作为基底。
需要说明的是，若选用不锈钢片作为柔性基底，则在不锈钢表面镀一层二氧化硅绝缘层，然后再镀透明导电层。具体的，镀二氧化硅绝缘层的实施方式为：使用磁控溅射方法在不锈钢表面镀厚度为100～300nm的二氧化硅薄层。镀透明导电层实施方式为：使用磁控溅射方法在二氧化硅绝缘层镀厚度为500～1000nm的透明导电层。
步骤2：使用激光划线将透明导电层平行划线，划分为若干个间隔设置的像素区域。比如：划线257次，将透明导电层分割成258个独立区域，舍去两端的两个区域，形成256个独立像素，用来采集不同像素的光电信号。
优选地，P型半导体层采用氧化镍制备，P型半导体层制备方法如下：
配置乙腈乙醇溶液，用转子搅拌均匀后，注入盛有氧化镍粉末的小称量瓶中，搅拌并保证氧化镍充分溶解。然后在通风橱中，在透明导电层表面喷涂氧化镍，具体实施方式如下：镀有透明导电层的基底放置在钛基加热板上，将钛基加热板设置温度为550℃，使用喷枪连接压缩空气，用注射器把氧化镍溶液加入喷枪储液腔，在透明导电层表面匀速喷涂氧化镍溶液，形成20-30nm厚的氧化镍薄膜，喷涂完成后对氧化镍薄膜退火。
优选地，吸光层的厚度吸光层的厚度为300-700nm，选用不同的材料制备吸光层，吸光层的厚度也不一样。需要说明的是，由于本实施例中，X射线从探测器的一侧入射，因此吸光层的厚度可以比常规的光电转换层制备更厚一点，使X射线能够保持在吸光层内传输。
进一步地，吸光层采用钙钛矿材料制备，相比现有技术中常用作光电转换材料的非晶硒材料，钙钦矿材料针对X射线的吸收系数较高，使得由钙钛矿材料制成的吸光层具有较宽的禁带宽度，对X射线具有较高的灵敏度，在较低剂量的X射线下仍能进行准确的探测到光能的变化，有效地提高了探测效率。
具体地，吸光层的制备材料包括但不限于CdTe(碲化镉)、MAPbBr3(甲氨基溴化铅)、Cs2AgBiBr6(双钙钛矿铯银铋溴)、(NH4)3Bi2I9、Si(硅)。例如，当吸光层采用MAPbI3(丙烯酸甲酯铅碘三钙钛矿)溶液制备时，吸光层的厚度为300nm时效果较优。当吸光层采用CsMAFA有机无机混合钙钛矿制备时，吸光层的厚度为700nm时效果较优。
优选地，吸光层的制备方法中以丙烯酸甲酯铅碘三(MAPbI3)钙钛矿溶液作为吸光层为例，制备方法如下：
制备钙钛矿前驱体溶液，钙钛矿前驱体溶液由碘化丙烯酸甲酯(MAI)与二碘化铅(PbI2)合成，碘化丙烯酸甲酯与二碘化铅的配比为0.3，合成全程在具有惰性气体环境的手套箱里进行，具体做法如下：样品表面尺寸为15mm*15mm，取MAI称量0.2067克，取PbI2称量0.5993克到3ml的棕色玻璃瓶中，作为溶质，然后在手套箱中用移液枪量取溶剂，γ-丁内酯(GBL)取300微升和二甲基亚砜(DMSO)取700微升混合均匀作为溶剂，将溶质和溶剂混合搅拌12小时，充分溶解。
将涂覆氧化镍薄膜的样品转入手套箱，用移液枪取钙钛矿前驱体溶液，均匀涂覆在样品的四角和中心，注意移液枪移液口不可触碰样品表面；将样品放在匀胶机表面，旋转涂覆，此过程中，设置匀胶机转速1000转/分钟，旋转10秒；再设置转速为5000转/分钟，旋转30秒；在约18秒时向样品表面滴加甲苯(反溶剂)进行钙钛矿材料的萃取，形成生厚度约为300纳米的MAPbI3钙钛矿吸光层。滴加甲苯的方法为：匀速成流，不断滴入，每15mm*15mm尺寸的样品表面滴加甲苯550微升。
在另一实施方式中，吸光层的制备方法中，可以设计为采用喷涂的方法，这样可以获得更厚的吸光层。具体的，使用气溶胶液态固化法，将PbI2和MAI溶解在DMSO/DMF溶剂中(1：1配比)，形成0.8mol/L的溶液。样品放置在加热台，加热台温度设置为130摄氏度，氮气流速2.5L/分钟，喷嘴宽1毫米，喷嘴移动速度0.6cm/秒；使用超声喷雾器，通过不同的沉积循环次数来控制生长的钙钛矿薄膜的厚度；喷涂完成后，继续在100摄氏度下加热钙钛矿薄膜，然后缓慢降温退火。以上沉积和退火工艺都在环境条件下，在一个封闭的化学通风橱中进行。
优选地，N型半导体层包括PCBM，N型半导体层的制备方法如下：制备PCBM溶液，用1ml注射器取1ml的商用PCBM溶液，其中商用PCBM溶液使用氨苯作为溶剂，浓度为20mg/ml。
将PCBM溶液均匀涂覆在形成有吸光层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，设置匀胶机转速2000转/分钟，旋涂30秒，形成约80nm厚的N型半导体层。每15mm*15mm尺寸的样品表面使用PCBM的量约为40微升。
可以理解地，N型半导体层、吸光层和P型半导体层三者形成P-I-N型半导体结构。
优选地，封装层材料可以为浴铜灵有机小分子BCP等。封装层的制备方法如下：
制备BCP溶液，将BCP溶液均匀涂覆在形成有N型半导体层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，设置匀胶机的转速4000转/分钟，旋涂30秒，形成约50纳米厚的封装层。每15mm*15mm尺寸的样品表面使用BCP的量约为30微升。在本实施例中，设置封装层的作用是在进一步蒸镀电极层的时候保护吸光层。
优选地，电极层的材料可以为钼、镍、铝、银、金等性能稳定、便于键合的金属材料。可以理解地，电极层的整体厚度可以变化，不同光电信号采集区域的电极厚度可以不同，优选地，电极层沿平行于X射线的入射方向(如图1所示X方向)递增。
在本实施例种，电极层材料为银。电极层的制备方法有两种，第一种实施方法如下：提供掩膜版，掩膜版贯穿设有若干个间隔设置的镀银区域，若干个镀银区域沿平行于X射线的入射方向并排设置，镀银区域的数量根据实际所需光电信号采集区域数量决定，图3中设计了四个镀银区域，即可形成四个光电信号采集区域；
将掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在真空热蒸镀室中蒸镀厚度约100nm厚的银电极，银电极填充在镀银区域。利用这种方法得到的电极层相当于由镀银区域的银电极组成，这些银电极之间是相互绝缘的，每一个银电极所在区域相当于光电信号采集区域，能够独立采集电信号，起到能谱分辨的作用。
电极层制备的第二种实施方法如下：提供掩膜版，掩膜版贯穿设有一个镀银区域；将掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在真空热蒸镀室中蒸镀厚度约100nm厚的银电极，银电极填充在镀银区域，此时的银电极为一个整体，并没有划分多个光电信号采集区域；沿平行于X射线的入射方向将电极层划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域。
优选地，直接型电磁辐射探测器还包括信号采集处理设备，透明导电层和电极层分别与信号采集处理设备连接，信号采集处理设备包括能量分辨计数电子设备、电信号积分电子设备等的任一类型。
本发明还提供了一种直接型电磁辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10，提供基底，基底表面镀有透明导电层。
步骤S20，沿垂直于X射线的入射方向将透明导电层划分为若干个间隔设置的像素区域；
透明导电层的制备方法如下：步骤1：选取表面镀有掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)等任一透明导电层的玻璃、陶瓷等作为基底。
需要说明的是，若选用不锈钢片作为柔性基底，则在不锈钢表面镀一层二氧化硅绝缘层，然后再镀透明导电层。具体的，镀二氧化硅绝缘层的实施方式为：使用磁控溅射方法在不锈钢表面镀厚度为100～300nm的二氧化硅薄层。镀透明导电层实施方式为：使用磁控溅射方法在二氧化硅绝缘层镀厚度为500～1000nm的透明导电层。
步骤2：使用激光划线将透明导电层平行划线，划分为若干个间隔设置的像素区域。比如：划线257次，将透明导电层分割成258个独立区域，舍去两端的两个区域，形成256个独立像素。
步骤S30，在透明导电层表面形成P型半导体层。
P型半导体层制备方法如下：配置乙腈乙醇溶液，用转子搅拌均匀后，注入盛有氧化镍粉末的小称量瓶中，搅拌并保证氧化镍充分溶解。然后在通风橱中，在透明导电层表面喷涂氧化镍，具体实施方式如下：镀有透明导电层的基底放置在钛基加热板上，将钛基加热板设置温度为550℃，使用喷枪连接压缩空气，用注射器把氧化镍溶液加入喷枪储液腔，在透明导电层表面匀速喷涂氧化镍溶液，形成20-30nm厚的氧化镍薄膜，喷涂完成后对氧化镍薄膜退火。
步骤S40，在P型半导体层表面形成吸光层。
吸光层的制备方法中以丙烯酸甲酯铅碘三(MAPbI3)钙钛矿溶液作为吸光层为例，制备方法如下：
制备钙钛矿前驱体溶液，钙钛矿前驱体溶液由碘化丙烯酸甲酯(MAI)与二碘化铅(PbI2)合成，碘化丙烯酸甲酯与二碘化铅的配比为0.3，合成全程在具有惰性气体环境的手套箱里进行，具体做法如下：样品表面尺寸为15mm*15mm，取MAI称量0.2067克，取PbI2称量0.5993克到3ml的棕色玻璃瓶中，作为溶质，然后在手套箱中用移液枪量取溶剂，γ-丁内酯(GBL)取300微升和二甲基亚砜(DMSO)取700微升混合均匀作为溶剂，将溶质和溶剂混合搅拌12小时，充分溶解。
将涂覆氧化镍薄膜的样品转入手套箱，用移液枪取钙钛矿前驱体溶液，均匀涂覆在样品的四角和中心，注意移液枪移液口不可触碰样品表面；将样品放在匀胶机表面，旋转涂覆，此过程中，设置匀胶机转速1000转/分钟，旋转10秒；再设置转速为5000转/分钟，旋转30秒；在约18秒时向样品表面滴加甲苯(反溶剂)进行钙钛矿材料的萃取，形成生厚度约为300纳米的MAPbI3钙钛矿吸光层。滴加甲苯的方法为：匀速成流，不断滴入，每15mm*15mm尺寸的样品表面滴加甲苯550微升。
在另一实施方式中，吸光层的制备方法中，可以设计为采用喷涂的方法，这样可以获得更厚的吸光层。具体的，使用气溶胶液态固化法，将PbI2和MAI溶解在DMSO/DMF溶剂中(1：1配比)，形成0.8mol/L的溶液。样品放置在加热台，加热台温度设置为130摄氏度，氮气流速2.5L/分钟，喷嘴宽1毫米，喷嘴移动速度0.6cm/秒；使用超声喷雾器，通过不同的沉积循环次数来控制生长的钙钛矿薄膜的厚度；喷涂完成后，继续在100摄氏度下加热钙钛矿薄膜，然后缓慢降温退火。以上沉积和退火工艺都在环境条件下，在一个封闭的化学通风橱中进行。
步骤S50，在吸光层表面形成N型半导体层；
N型半导体层的制备方法如下：制备PCBM溶液，用1ml注射器取1ml的商用PCBM溶液，其中商用PCBM溶液使用氨苯作为溶剂，浓度为20mg/ml。
将PCBM溶液均匀涂覆在形成有吸光层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，设置匀胶机转速2000转/分钟，旋涂30秒，形成约80nm厚的N型半导体层。每15mm*15mm尺寸的样品表面使用PCBM的量约为40微升。
步骤S60，在N型半导体层表面形成封装层；
封装层的制备方法如下：制备BCP溶液，将BCP溶液均匀涂覆在形成有N型半导体层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，设置匀胶机的转速4000转/分钟，旋涂30秒，形成约50纳米厚的封装层。每15mm*15mm尺寸的样品表面使用BCP的量约为30微升。在本实施例中，设置封装层的作用是在进一步蒸镀电极层的时候保护吸光层。
步骤S70，在封装层形成电极层，电极层沿平行于X射线的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，完成探测器的制备。
电极层的制备方法有两种，第一种实施方法如下：提供掩膜版，掩膜版贯穿设有若干个间隔设置的镀银区域，若干个镀银区域沿平行于X射线的入射方向并排设置；
将掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在真空热蒸镀室中蒸镀厚度约100nm厚的银电极，银电极填充在镀银区域。利用这种方法得到的电极层相当于由镀银区域的银电极组成，这些银电极之间是相互绝缘的，每一个银电极所在区域相当于光电信号采集区域，能够独立采集电信号，起到能谱分辨的作用。
电极层制备的第二种实施方法如下：提供掩膜版，掩膜版贯穿设有一个镀银区域；将掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在真空热蒸镀室中蒸镀厚度约100nm厚的银电极，银电极填充在镀银区域，此时的银电极为一个整体，并没有划分多个光电信号采集区域；沿平行于X射线的入射方向将电极层划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域。
本实施的制备方法操作简单，能够制备出高灵敏度的直接型电磁辐射探测器。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种直接型电磁辐射探测器，其特征在于，包括电极层、封装层、N型半导体层、吸光层、P型半导体层、透明导电层和基底，所述透明导电层、所述P型半导体层、所述吸光层、所述N型半导体层、所述封装层和所述电极层从下至上依次设于所述基底上，所述透明导电层沿垂直于电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的像素区域，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，所述透明导电层和所述电极层电性连接。
2.如权利要求1所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述吸光层的厚度为300-700nm。
3.如权利要求1所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述吸光层包括钙钛矿材料。
4.如权利要求3所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述吸光层包括丙烯酸甲酯铅碘三钙钛矿，所述吸光层的厚度为300nm。
5.如权利要求1所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述N型半导体层包括PCBM。
6.如权利要求1所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述P型半导体层包括氧化镍。
7.如权利要求1所述的直接型电磁辐射探测器，其特征在于，所述直接型电磁辐射探测器还包括信号采集处理设备，所述透明导电层和所述电极层分别与所述信号采集处理设备连接。
8.一种直接型电磁辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供基底，所述基底表面镀有透明导电层；
沿垂直于电磁辐射的入射方向将透明导电层划分为若干个间隔设置的像素区域；
在所述透明导电层表面形成P型半导体层；
在所述P型半导体层表面形成吸光层；
在所述吸光层表面形成N型半导体层；
在所述N型半导体层表面形成封装层；
在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域，完成探测器的制备。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述透明导电层表面形成P型半导体层的具体实施方式为：配置乙腈乙醇溶液，并将搅拌均匀后的乙腈乙醇溶液注入盛有氧化镍粉末的量瓶中；搅拌氧化镍粉末直至氧化镍粉末充分溶解，得到浓度为5mg/ml的氧化镍溶液；在透明导电层表面喷涂氧化镍溶液，形成P型半导体层。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述吸光层由丙烯酸甲酯铅碘三钙钛矿溶液制备而成，在所述P型半导体层表面形成吸光层的具体实施方式为：
制备钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液由碘化丙烯酸甲酯(MAI)与二碘化铅(PbI2)合成，所述碘化丙烯酸甲酯与所述二碘化铅的配比为0.3；
将形成有形成P型半导体层的样品放入手套箱，用液枪取钙钛矿前驱体溶液，均匀涂覆在样品的四角和中心；
将涂覆有钙钛矿前驱体溶液的样品放置在匀胶机表面，对样品进行旋转涂覆；
在对样品旋转涂覆的过程中，向样品表面滴加甲苯进行钙钛矿材料的萃取，形成吸光层。
11.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述吸光层表面形成N型半导体层的实施方式为：制备PCBM溶液，将PCBM溶液均匀涂覆在形成有吸光层的样品的四角和中心；将样品放在匀胶机表面，对样品进行旋转涂覆，形成N型半导体层。
12.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域的实施方式为：
提供掩膜版，所述掩膜版贯穿设有若干个间隔设置的镀层区域，若干个所述镀层区域沿平行于电磁辐射的入射方向并排设置；
将所述掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在所述镀层区域填充电极材料，所述电极材料形成电极层。
13.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述封装层形成电极层，所述电极层沿平行于所述电磁辐射的入射方向划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域的实施方式为：
提供掩膜版，所述掩膜版贯穿设有一个镀层区域；
将所述掩膜版覆盖在形成有封装层的样品表面，在所述镀层区域填充电极材料，所述电极材料形成电极层；
沿平行于所述电磁辐射的入射方向将所述电极层划分为若干个间隔设置的光电信号采集区域。
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CN113823742A (zh) * 2021-08-05 2021-12-21 中国科学院深圳先进技术研究院 p-i-n结构钙钛矿基X光探测器及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55144576A (en) * 1979-04-27 1980-11-11 Toshiba Corp Semiconductor radiation detector
US8581200B2 (en) * 2006-11-17 2013-11-12 Koninklijke Philips N.V. Radiation detector with multiple electrodes on a sensitive layer
JP2015133408A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 株式会社島津製作所 放射線検出器
JP6535271B2 (ja) * 2015-11-09 2019-06-26 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器、及び放射線検出器の製造方法
WO2017165434A1 (en) * 2016-03-21 2017-09-28 Nutech Ventures Sensitive x-ray and gamma-ray detectors including perovskite single crystals
CN106491148A (zh) * 2016-09-18 2017-03-15 天津大学 一种多电极的能量积分型x射线能谱探测器
CN106856222A (zh) * 2016-12-22 2017-06-16 东南大学 基于CH3NH2PbBr3钙钛矿单晶的高性能X射线传感器及其制备方法
CN113035900B (zh) * 2021-02-26 2023-02-10 深圳先进技术研究院 一种直接型电磁辐射探测器及制备方法

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