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CN113192991B - 柔性x射线探测器及其制备方法、三维柔性x射线探测器 - Google Patents

柔性x射线探测器及其制备方法、三维柔性x射线探测器 Download PDF

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CN113192991B CN202110470823.0A CN202110470823A CN113192991B CN 113192991 B CN113192991 B CN 113192991B CN 202110470823 A CN202110470823 A CN 202110470823A CN 113192991 B CN113192991 B CN 113192991B
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Abstract

本发明提供了一种柔性X射线探测器及其制备方法，该X射线探测器包括光电转换单元和闪烁体层；所述闪烁体层设置于所述光电转换单元上，用于将接收到的X射线转换为荧光并发射至光电转换单元；所述光电转换单元的支撑衬底为柔性衬底，所述光电转换单元中的光吸收层为铜铟镓硒光吸收层，所述光电转换单元用于对所述闪烁体层转换出的荧光进行光电转换；其中，所述闪烁体层中设置有接收X射线的入光面和发射荧光的出光面，所述出光面连接至所述光电转换单元，所述入光面为与所述出光面相交的侧面。本发明的柔性X射线探测器具有高灵敏度和高能谱分辨率的优良特性，并且采用不锈钢衬底实现超薄光电二级管阵列的制作，具有柔性和易折叠的特性。

Description

柔性X射线探测器及其制备方法、三维柔性X射线探测器
技术领域
本发明属于X射线探测器技术领域，具体涉及一种柔性X射线探测器及其制备方法，还涉及一种三维柔性X射线探测器。
背景技术
在医疗设备领域，X射线医学影像设备受众广泛、使用量大，可应用于骨科、乳腺、牙科、胃肠道、肿瘤科等多种医疗检测，其影像结果是重大疾病确诊、救治的关键依据。
根据探测原理，医用X射线探测器主要分为间接型和直接型探测器。间接型探测器通过闪烁体材料和光电二极管以及薄膜晶体管层或CCD层或CMOS层结合，都可以实现X射线-荧光信号-电信号的转化。以基于CsI闪烁体的间接型X射线探测器为例，CsI对于X射线吸收系数大、量子探测效率高、成像速度快，其针状结晶的晶界面可以有效抑制荧光信号漫反射，但其应用一直受限于CsI材料的稳定性。直接型X射线平板探测器使光电转换层在X射线的作用下产生电子空穴对，并在外加电场作用下迅速分离，被像素电极读取，但受限于光电层的材料选择。比如，基于CdZnTe单晶材料的直接型探测器近年被极大关注，它可以获得高探测效率，适合于低辐射剂量下的应用，更有希望实现能量分辨成像，但在大面积和快速成像上不具备优势，目前只有非晶硒材料可以实现直接型平板探测器应用的大面积沉积，但是由于Se元素对X射线的吸收性能差，器件量子探测效率和灵敏度低，受热结晶会导致性能衰减，非晶硒探测器仅适用于一些对于成像分辨率要求高的应用场景，无法发挥直接型探测器的结构优势。
现有的间接型平板探测器中：一方面，通常以玻璃、硅片等生长衬底，无法满足三维结构的超薄性能要求；另一方面，二维光电阵列垂直于X射线入射方向，直接接收并读取X射线所激发的可见光信号，分辨率受限于可见光信号在闪烁体的纵向散射。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供一种柔性X射线探测器及其制备方法，以提高X射线探测器的探测灵敏度和能谱分辨率，并具有柔性和易折叠的特性。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种柔性X射线探测器，其包括光电转换单元和闪烁体层；
所述闪烁体层设置于所述光电转换单元上，用于将接收到的X射线转换为荧光并发射至光电转换单元；
所述光电转换单元的支撑衬底为柔性衬底，所述光电转换单元中的光吸收层为铜铟镓硒光吸收层，所述光电转换单元用于对所述闪烁体层转换出的荧光进行光电转换；
其中，所述闪烁体层中设置有接收X射线的入光面和发射荧光的出光面，所述出光面连接至所述光电转换单元，所述入光面为与所述出光面相交的侧面。
优选地，所述光电转换单元包括依次设置的柔性支撑衬底、阻挡层、金属背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、窗口层和透明顶电极层；其中，所述闪烁体层设置于所述透明顶电极层上。
优选地，所述柔性支撑衬底为不锈钢，所述阻挡层的材料为二氧化硅，所述金属背电极层的材料为钼，所述缓冲层的材料为硫化镉，所述窗口层的材料为本征氧化锌，所述透明顶电极层的材料为铝掺杂氧化锌，所述闪烁体层的材料为硫氧化钆。
优选地，所述阻挡层的厚度为100nm～300nm，所述金属背电极层的厚度为300nm～1500nm，所述铜铟镓硒光吸收层的厚度为1μm～2μm，所述缓冲层的厚度为20nm～100nm，所述窗口层的厚度为50nm～100nm，所述透明顶电极层的厚度为50nm～300nm，所述闪烁体层的厚度为0.4mm～1.2mm。
优选地，所述金属背电极层中设置有电极连接区，所述金属背电极层的电极连接区上依次沉积有镍金属层和铝金属层。
优选地，所述金属背电极层被划分为沿第一方向延伸的m个子背电极，所述透明顶电极层被划分为沿与第一方向相互垂直的第二方向延伸的n个子顶电极；其中，m和n均为2以上的整数。
优选地，m的取值为200≤m≤300，n的取值为4≤n≤8。
本发明的另一方面是提供一种如上所述的柔性X射线探测器，其包括：
S10、以不锈钢为柔性支撑衬底，通过磁控溅射工艺在所述柔性支撑衬底上依次制备形成二氧化硅阻挡层和钼背电极层；
S20、在所述钼背电极层设置电极连接区，采用共蒸发工艺在所述钼背电极层上的除了电极连接区之外的区域制备形成铜铟镓硒光吸收层；
S30、采用化学水浴工艺在所述铜铟镓硒光吸收层上制备形成硫化镉缓冲层；
S40、采用磁控溅射工艺在所述硫化镉缓冲层上依次制备形成本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层；
S50、采用磁控溅射工艺在所述钼背电极层的电极连接区依次沉积镍金属层和铝金属层；
S60、采用涂布工艺在所述铝掺杂氧化锌透明顶电极层上制备形成硫氧化钆闪烁体层，制备获得所述柔性X射线探测器。
优选地，所述步骤S10中，在制备完成所述钼背电极层之后，应用激光刻划工艺沿第一方向刻划所述钼背电极层，以使得所述钼背电极层被划分为沿第一方向延伸的m个子背电极；所述步骤S40中，在制备完成所述本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层之后，应用激光刻划工艺沿第二方向刻划所述本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层，以使得所述铝掺杂氧化锌透明顶电极层被划分为沿第二方向延伸的n个子顶电极；所述步骤S50中，在制备完成所述镍金属层和铝金属层之后，应用激光刻划工艺刻划所述镍金属层和铝金属层，使其与所述m个子背电极一一对应；其中，所述第一方向和所述第二方向互相垂直，m和n均为2以上的整数。
本发明还提供了一种三维柔性X射线探测器，其包括依次叠层设置的i个如上所述的柔性X射线探测器，其中，第j个柔性X射线探测器和第j+1个柔性X射线探测器通过导电连接线相互电性连接，以使得所述依次叠层设置的i个柔性X射线探测器依次串接；其中，i为2以上的整数，j＝1、2、…、i-1。
本发明实施例提供的柔性X射线探测器：一方面，采用不锈钢衬底，实现超薄光电二级管阵列的制作，具有柔性和易折叠的特性；另一方面，利用新型高量子效率薄膜光电材料铜铟镓硒(CIGS)作为光吸收层，通过对间接型X射线探测器的闪烁体和光电转换层进行结构创新设计，将X射线传播方向和可见光荧光信号传播方向垂直配置，在不牺牲分辨率的情况下可大幅提高吸收层厚度，从而实现高灵敏度探测。X射线从闪烁体层的侧面入射，结合穿透深度方向的空间分辨探测技术，能够获得能量分辨成像能力，最终集成后的探测器件实现超高灵敏度、能谱分辨等优良特性。
该柔性X射线探测器结构中收集的荧光信号垂直于X射线，并入射到CIGS薄膜，亦即CIGS薄膜沿平行于X射线的传播方向收集荧光信号，实现X射线的吸收方向和可见荧光信号在传播方向上去耦合，达成抑制荧光散射和提高分辨率的目的。同时，在X射线传播方向设置不同能谱分辨区域，利用GOS闪烁体材料对不同能量X射线的吸收差异，实现能谱分辨功能，为基于X射线成像的医用诊断提供更丰富的信息。
附图说明
图1是本发明实施例中的柔性X射线探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例中的X射线入射方向与荧光发射方向的示例性图示；
图3是本发明实施例中的对背电极层和顶电极层进行刻划的示例性图示；
图4是本发明实施例中的柔性X射线探测器的制备方法的工艺流程图；
图5是本发明实施例中的柔性X射线探测器的暗电流曲线图；
图6是本发明实施例中的柔性X射线探测器的外量子效率曲线图；
图7是本发明实施例中的铜铟镓硒光吸收层的SEM图；
图8是本发明实施例中的GOS闪烁体层上表面的SEM图；
图9是本发明实施例中的GOS闪烁体层横截面的SEM图；
图10是本发明实施例中的三维柔性X射线探测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例首先提供了一种柔性X射线探测器，如图1和图2所示，所述柔性X射线探测器包括光电转换单元10和闪烁体层20。
其中，所述闪烁体层20设置于所述光电转换单元10上，用于将接收到的X射线转换为荧光并发射至光电转换单元10；所述光电转换单元10用于对所述闪烁体层30转换出的荧光进行光电转换。
其中，所述光电转换单元10的支撑衬底为柔性衬底，所述光电转换单元10中的光吸收层为铜铟镓硒(CIGS)光吸收层。CIGS薄膜材料具有吸光度好、稳定性佳和量子转换效率高的特点，作为薄膜光伏器件的吸收层材料被广泛关注。大晶粒CIGS光电薄膜只需1～2微米厚度，即可全部吸收可见光，并达到超过90％的量子转换效率。将其应用于作为X射线探测器的光吸收层，可以提升X射线探测器的光电转换效率，提高X射线探测器的灵敏度。
其中，如图1所示，所述闪烁体层20中设置有接收X射线的入光面和发射荧光的出光面，所述出光面连接至所述光电转换单元10，所述入光面为与所述出光面相交的侧面，由此，如图2所示，如上所述的X射线探测器中，X射线的传播方向和可见光荧光信号FL的传播方向互相垂直配置。
在本发明实施例中，参阅图1，所述光电转换单元10包括依次设置柔性支撑衬底11、阻挡层12、金属背电极层13、铜铟镓硒光吸收层14、缓冲层15、窗口层16和透明顶电极层17；其中，所述闪烁体层20设置于所述透明顶电极层17上。
在优选的方案中，所述柔性支撑衬底11选择为不锈钢，所述阻挡层12的材料选择为二氧化硅(SiO2)，所述金属背电极层13的材料选择为钼(Mo)，所述缓冲层15的材料选择为硫化镉(CdS)，所述窗口层16的材料选择为本征氧化锌(IZO)，所述透明顶电极层17的材料选择为铝掺杂氧化锌(AZO)，所述闪烁体层的材料为硫氧化钆(GOS，分子式为Gd2O2S)。
其中，采用不锈钢衬底，可以实现超薄光电二级管阵列的制作，具有柔性和易折叠的特性。
其中，所述闪烁体层的材料为GOS，单位体积的GOS闪烁体材料对于不同能区的X射线的吸收系数存在明显差异，低能量X射线光子吸收系数高，因此穿透深度要低于高能量X射线光子穿透深度。利用X射线的这种吸收特点在其穿透深度数次成像，可以实现多能区能谱型探测，进而提供人体不同组织密度分布的重要信息。
在优选的方案中，所述阻挡层的厚度为100nm～300nm，所述金属背电极层的厚度为300nm～1500nm，所述铜铟镓硒光吸收层的厚度为1μm～2μm，所述缓冲层的厚度为20nm～100nm，所述窗口层的厚度为50nm～100nm，所述透明顶电极层的厚度为50nm～300nm，所述闪烁体层的厚度为0.4mm～1.2mm。
在优选的方案中，所述金属背电极层13中设置有电极连接区131，所述金属背电极层13的电极连接区131上依次沉积连接金属层18(包括镍金属层和铝金属层)。
在更为优选的方案中，参阅图3，所述金属背电极层13被划分为沿第一方向(如图3中x方向)延伸的m个子背电极13a，所述透明顶电极层17被划分为沿与第一方向相互垂直的第二方向(如图中y方向)延伸的n个子顶电极17a，由此所述X射线探测器可以形成为m×n个像素。其中，m和n均为2以上的整数，优选地，m的取值为200≤m≤300，n的取值为4≤n≤8。最为优选的方案中，m＝256，n＝4。
在优选的方案中，所述第一方向设置为与X射线的入射方向相同。
如上所述的柔性X射线探测器：一方面，采用不锈钢衬底，实现超薄光电二级管阵列的制作，具有柔性和易折叠的特性；另一方面，利用新型高量子效率薄膜光电材料铜铟镓硒(CIGS)作为光吸收层，通过对间接型X射线探测器的闪烁体和光电转换层进行结构创新设计，将X射线传播方向和可见光荧光信号传播方向垂直配置，在不牺牲分辨率的情况下可大幅提高吸收层厚度，从而实现高灵敏度探测。X射线从闪烁体层的侧面入射，结合穿透深度方向的空间分辨探测技术，能够获得能量分辨成像能力，最终集成后的探测器件实现超高灵敏度、能谱分辨等优良特性。
本发明实施例还提供了如上所述的柔性X射线探测器的制备方法，参阅图4并结合图1至图3的结构示意图，所述柔性X射线探测器的制备方法包括以下步骤：
步骤S10、提供不锈钢支撑衬底11，通过磁控溅射工艺在所述不锈钢支撑衬底11上依次制备形成二氧化硅阻挡层12和钼背电极层13。
其中，二氧化硅阻挡层12和钼背电极层13的生长工艺可参照已有的工艺进行，通过调整参数生长形成预定厚度的二氧化硅阻挡层12和钼背电极层13。优选的，本实施例中，二氧化硅阻挡层12的厚度设置为200nm，钼背电极层13的厚度设置为1000nm。
本实施例中，所述步骤S10中，参阅图3，在制备完成所述钼背电极层13之后，应用激光刻划工艺沿第一方向刻划所述钼背电极层13，以使得所述钼背电极层13被划分为沿第一方向延伸的m个子背电极13a。
具体地，首先在所述钼背电极层13上设置m+1条刻划线Lx，然后应用激光刻划工艺沿着m+1条刻划线Lx进行刻划，将所述钼背电极层13分割为相互独立的m+2个区块，舍去两侧边缘区域的2个区块，将位于中间区域的m个区块形成为m个子背电极13a。例如，m的取值为256，则设置257条刻划线Lx，将所述钼背电极层13分割为相互独立的258个区块，舍去两侧边缘区域的2个区块，将位于中间区域的256个区块形成为256个子背电极13a。易于理解的是，在另外的一些实施例中，也可以直接设置255条刻划线Lx，将所述钼背电极层13分割为相互独立的256个区块，保留所有的区块形成为256个子背电极13a。
S20、在所述钼背电极层13设置电极连接区131，采用共蒸发工艺在所述钼背电极层13上的除了电极连接区131之外的区域制备形成铜铟镓硒光吸收层14。其中，铜铟镓硒光吸收层14成分为CGI(Cu/(Ga+In)，摩尔比)＝0.89～0.95，GGI(Ga/(Ga+In)，摩尔比)＝0.4～0.6。
优选的，本实施例中，铜铟镓硒光吸收层14的厚度设置为2μm。
S30、采用化学水浴工艺在所述铜铟镓硒光吸收层14上制备形成硫化镉缓冲层15。
在一个具体的实施例中，所述步骤S30具体是：
称取0.184克硫酸铬置于60mL去离子水中搅拌15min，溶液编号为A；称取5.694克硫脲置于150mL去离子水中搅拌15min，溶液编号为B；称取425mL去离子水置于反应器皿中；称取45mL氨水于烧杯中；将氨水与A溶液混合并倒入反应器皿中，用B溶液冲洗步骤S20得到的样品并将冲洗样品的B溶液收集至反应器皿中，将样品表面朝下置于反应器皿中并放入水浴锅(水浴锅设定温度为67℃，使用磁力搅拌计进行搅拌，加热功率为500W)中反应9min后，取出样品后迅速用大量去离子水冲洗，并在160℃的烘箱中烘培2分钟。优选的，本实施例中，硫化镉缓冲层15的厚度设置为50nm。
S40、采用磁控溅射工艺在所述硫化镉缓冲层15上依次制备形成本征氧化锌窗口层16和铝掺杂氧化锌透明顶电极层17。
在一个具体的实施例中，所述步骤S40具体是：
IZO窗口层16的溅射是先进行低功率120W溅射再进行高功率220W溅射，总厚度约为100nm，首先通过低功率溅射形成疏松层，能够更好的与CdS缓冲层15结合，不易脱落；AZO透明顶电极层17的溅射功率为750W，厚度约为200nm。
本实施例中，所述步骤S40中，参阅图3，在制备完成IZO窗口层16和AZO透明顶电极层17之后，应用激光刻划工艺沿第二方向刻划IZO窗口层16和AZO透明顶电极层17，以使得AZO透明顶电极层17被划分为沿第二方向延伸的n个子顶电极17a。
具体地，首先在所述AZO透明顶电极层17上设置n-1条刻划线Ly，然后应用激光刻划工艺沿着n-1条刻划线Ly进行刻划，刻划深度至IZO窗口层16，将所述AZO透明顶电极层17分割为相互独立的n个区块，形成为n个子顶电极17a。例如，n的取值为4，则设置3条刻划线Ly，将所述AZO透明顶电极层17分割为相互独立的4个区块，形成为4个子顶电极17a。在另外的一些实施例中，也可以参照步骤S10中钼背电极层13的刻划方式，设置n+1条刻划线Ly进行刻划后舍去两侧边缘区域的2个区块。
S50、采用磁控溅射工艺在所述钼背电极层13的电极连接区131上沉积连接金属层18，所述连接金属层包括镍金属层和铝金属层。
其中，Ni镀层厚度为1000nm～3000nm；Al镀层厚度为10μm～30μm。
在优选的方案中，在制备完成所述镍金属层和铝金属层之后，应用激光刻划工艺刻划所述镍金属层和铝金属层，使其与所述m个子背电极一一对应。具体地，设置与步骤S10中钼背电极层13的刻划线重合的刻划线，然后对所述镍金属层和铝金属层进行刻划。
S60、采用涂布工艺在所述铝掺杂氧化锌透明顶电极层17上制备形成硫氧化钆闪烁体层20，制备获得柔性X射线探测器。
在一个具体的实施例中，所述步骤S60具体是：
按照环氧树脂和固化剂的质量比为(0.2～0.8)：1，GOS粉末与环氧树脂的质量比为(3～4)：1的比例，配制形成混合浆料；将混合溶液刮涂于步骤S50得到的样品的铝掺杂氧化锌透明顶电极层17上，然后烘干固化，获得GOS闪烁体层30。在最为优选的方案中，环氧树脂和固化剂的质量比为0.5：1，GOS粉末与环氧树脂的质量比为3.5：1，所述闪烁体层的厚度为0.5mm。
图5是本发明实施例获得的柔性X射线探测器的暗电流曲线图，图6是本发明实施例获得的柔性X射线探测器的外量子效率曲线图，图7是本发明实施例中的铜铟镓硒光吸收层的SEM图。其中，探测器的探测率与暗电流成反比，暗电流越低，说明器件的探测率高，从图5可知，本发明中的基于CIGS光电薄膜材料的X射线探测器具有探测率高的优点；如图6显示的量子效率测试结果表明，所制备的CIGS光电薄膜材料在可见光波段具有超过90％的高量子效率；如图7显示的CIGS层的扫描电子显微镜图像表明，CIGS层晶粒生长良好，颗粒大且排列整齐，晶粒缺陷少，光电转化性能优异。
图8是本发明实施例中的GOS闪烁体层上表面的SEM图，图9是本发明实施例中的GOS闪烁体层横截面的SEM图，从图8和图9可以获知，GOS在环氧树脂内分布均匀，荧光转化效率高。
本发明实施例还提供了一种三维柔性X射线探测器，所述三维柔性X射线探测器包括依次叠层设置的i个柔性X射线探测器，如图10所示，包括依次设置的第1个探测器T1至第i个探测器Ti。其中，所述i个柔性X射线探测器分别是本发明前述实施例所提供的柔性X射线探测器(参阅图1所示的探测器结构)。进一步地，第j个柔性X射线探测器Tj和第j+1个柔性X射线探测器Tj+1通过导电连接线L相互电性连接，以使得所述依次叠层设置的i个柔性X射线探测器依次串接。其中，i为2以上的整数，j＝1、2、…、i-1。i的取值可以根据实际需要设定，例如设置为i＝10、15或20等。
具体地，通过导电连接线L将第j个柔性X射线探测器Tj的金属背电极层和第j+1个柔性X射线探测器Tj+1的金属背电极层相互电性连接，由此将所述依次叠层设置的i个柔性X射线探测器依次串接，每个柔性X射线探测器的透明顶电极层则保持为相互独立的状态，由此形成三维柔性X射线探测器，从而可以从三维空间上对X射线进行探测。
其中，导电连接线L优选为铜丝，其直径优选为0.3mm～0.5mm，更为优选的是直径为0.4mm的铜丝。
综上所述，本发明实施例提供的柔性X射线探测器：一方面，采用不锈钢衬底，实现超薄光电二级管阵列的制作，具有柔性和易折叠的特性；另一方面，利用新型高量子效率薄膜光电材料铜铟镓硒(CIGS)作为光吸收层，通过对间接型X射线探测器的闪烁体和光电转换层进行结构创新设计，将X射线传播方向和可见光荧光信号传播方向垂直配置，在不牺牲分辨率的情况下可大幅提高吸收层厚度，从而实现高灵敏度探测。X射线从闪烁体层的侧面入射，结合穿透深度方向的空间分辨探测技术，能够获得能量分辨成像能力，最终集成后的探测器件实现超高灵敏度、能谱分辨等优良特性。
进一步地，该柔性X射线探测器结构中收集的荧光信号垂直于X射线，并入射到CIGS薄膜，亦即CIGS薄膜沿平行于X射线的传播方向收集荧光信号，实现X射线的吸收方向和可见荧光信号在传播方向上去耦合，达成抑制荧光散射和提高分辨率的目的。同时，在X射线传播方向设置不同能谱分辨区域，利用GOS闪烁体材料对不同能量X射线的吸收差异，实现能谱分辨功能，为基于X射线成像的医用诊断提供更丰富的信息。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种柔性X射线探测器，其特征在于，包括光电转换单元和闪烁体层；
所述闪烁体层设置于所述光电转换单元上，用于将接收到的X射线转换为荧光并发射至光电转换单元；
所述光电转换单元的支撑衬底为柔性衬底，所述光电转换单元中的光吸收层为铜铟镓硒光吸收层，所述光电转换单元用于对所述闪烁体层转换出的荧光进行光电转换；
其中，所述闪烁体层中设置有接收X射线的入光面和发射荧光的出光面，所述出光面连接至所述光电转换单元，所述入光面为与所述出光面相交的侧面；
其中，所述光电转换单元包括依次设置的柔性支撑衬底、阻挡层、金属背电极层、铜铟镓硒光吸收层、缓冲层、窗口层和透明顶电极层；其中，所述闪烁体层设置于所述透明顶电极层上；
其中，所述金属背电极层被划分为沿第一方向延伸的m个子背电极，所述透明顶电极层被划分为沿与第一方向相互垂直的第二方向延伸的n个子顶电极；其中，m和n均为2以上的整数，并且，m的取值为200≤m≤300，n的取值为4≤n≤8。
2.根据权利要求1所述的柔性X射线探测器，其特征在于，所述柔性支撑衬底为不锈钢，所述阻挡层的材料为二氧化硅，所述金属背电极层的材料为钼，所述缓冲层的材料为硫化镉，所述窗口层的材料为本征氧化锌，所述透明顶电极层的材料为铝掺杂氧化锌，所述闪烁体层的材料为硫氧化钆。
3.根据权利要求2所述的柔性X射线探测器，其特征在于，所述阻挡层的厚度为100nm～300nm，所述金属背电极层的厚度为300nm～1500nm，所述铜铟镓硒光吸收层的厚度为1μm～2μm，所述缓冲层的厚度为20nm～100nm，所述窗口层的厚度为50nm～100nm，所述透明顶电极层的厚度为50nm～300nm，所述闪烁体层的厚度为0.4mm～1.2mm。
4.根据权利要求2所述的柔性X射线探测器，其特征在于，所述金属背电极层中设置有电极连接区，所述金属背电极层的电极连接区上依次沉积有镍金属层和铝金属层。
5.一种如权利要求1-4任一所述的柔性X射线探测器的制备方法，其特征在于，包括：
S10、以不锈钢为柔性支撑衬底，通过磁控溅射工艺在所述柔性支撑衬底上依次制备形成二氧化硅阻挡层和钼背电极层；
S20、在所述钼背电极层设置电极连接区，采用共蒸发工艺在所述钼背电极层上的除了电极连接区之外的区域制备形成铜铟镓硒光吸收层；
S30、采用化学水浴工艺在所述铜铟镓硒光吸收层上制备形成硫化镉缓冲层；
S40、采用磁控溅射工艺在所述硫化镉缓冲层上依次制备形成本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层；
S50、采用磁控溅射工艺在所述钼背电极层的电极连接区依次沉积镍金属层和铝金属层；
S60、采用涂布工艺在所述铝掺杂氧化锌透明顶电极层上制备形成硫氧化钆闪烁体层，制备获得所述柔性X射线探测器；
其中，所述步骤S10中，在制备完成所述钼背电极层之后，应用激光刻划工艺沿第一方向刻划所述钼背电极层，以使得所述钼背电极层被划分为沿第一方向延伸的m个子背电极；所述步骤S40中，在制备完成所述本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层之后，应用激光刻划工艺沿第二方向刻划所述本征氧化锌窗口层和铝掺杂氧化锌透明顶电极层，以使得所述铝掺杂氧化锌透明顶电极层被划分为沿第二方向延伸的n个子顶电极；所述步骤S50中，在制备完成所述镍金属层和铝金属层之后，应用激光刻划工艺刻划所述镍金属层和铝金属层，使其与所述m个子背电极一一对应；其中，所述第一方向和所述第二方向互相垂直，m和n均为2以上的整数。
6.一种三维柔性X射线探测器，其特征在于，包括依次叠层设置的i个如权利要求1-4任一所述的柔性X射线探测器，其中，第j个柔性X射线探测器和第j+1个柔性X射线探测器通过导电连接线相互电性连接，以使得所述依次叠层设置的i个柔性X射线探测器依次串接；
其中，i为2以上的整数，j＝1、2、…、i-1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542315A (zh) * 2006-11-17 2009-09-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 在敏感层上具有多个电极的辐射探测器
CN104779261A (zh) * 2014-01-14 2015-07-15 株式会社岛津制作所 放射线检测器
CN105093255A (zh) * 2015-09-09 2015-11-25 同方威视技术股份有限公司 射线探测方法、装置、探测器组件和射线探测器
WO2020106197A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-28 Prismatic Sensors Ab X-ray imaging system for phase contrast imaging using photon-counting events
CN112054074A (zh) * 2020-09-02 2020-12-08 深圳先进技术研究院 光电探测器阵列及其制备方法、光电探测器及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542315A (zh) * 2006-11-17 2009-09-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 在敏感层上具有多个电极的辐射探测器
CN104779261A (zh) * 2014-01-14 2015-07-15 株式会社岛津制作所 放射线检测器
CN105093255A (zh) * 2015-09-09 2015-11-25 同方威视技术股份有限公司 射线探测方法、装置、探测器组件和射线探测器
WO2020106197A1 (en) * 2018-11-19 2020-05-28 Prismatic Sensors Ab X-ray imaging system for phase contrast imaging using photon-counting events
CN112054074A (zh) * 2020-09-02 2020-12-08 深圳先进技术研究院 光电探测器阵列及其制备方法、光电探测器及其制备方法

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