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CN110400813A - 一种基于钙钛矿材料的x射线数字图像探测器 - Google Patents

一种基于钙钛矿材料的x射线数字图像探测器 Download PDF

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文明
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Abstract

本发明公开一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器及其制备方法，其中，所述X射线数字探测器包括设置在探测单元上的闪烁层，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料。本发明通过将闪烁层中易吸湿潮解的CsI材料或易形成光拓展现象的GOS材料换成含Pb或Au的无机钙钛矿材料，使得使得其生产工艺更加简单，生产成本更加低廉，对环境、设备要求更低，且使用防水性更好的复合薄膜作为防水层，也使得X射线数字图像探测器不会因为空气中的水分而影响图像分辨率；并且所述含Pb或Au的无机钙钛矿材料对X射线有强烈的吸收，提高了X射线的转换效率，从而提高闪烁层的发光效率，进而提高图像质量。

Description

一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，尤其涉及一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器。
背景技术
自从于1985年发现X射线以来，X射线在医学、生物学、材料科学、工业以及安全检测等众多领域发挥了重要作用。
X射线探测器是X射线机的关键部件，现在常用的X射线探测器是间接平板探测器(Flat Panel Detector，FPD)。X射线探测器主要包括基底，设置在基底上的多个探测单元，以及设置在探测单元上的闪烁层，每个探测单元由薄膜晶体管(TFT)和感光层组成。X射线探测器原理为闪烁层经过X射线照射后，会把X射线光子转变成可见光，然后由感光层将可见光变成图像电信号，再由具有门控作用的薄膜晶体管(TFT)收集电信号，并获得数字图像。
目前闪烁层材料主要是碘化铯(CsI)和硫氧化钆(GOS)。CsI材料一般通过高温结晶方法做成晶柱屏来提高分辨率，但由于CsI材料为吸湿性材料，会吸收空气中的水分而潮解，使图像分辨率大大降低，并且现有X射线闪烁屏封装方法效率较低，操作复杂，而且效果不佳。GOS材料成本低，转换效率高，但由于GOS呈颗粒状，使得光拓展较严重，且GOS制作的闪烁层太薄，不然会降低分辨率
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，旨在解决现有X射线探测器中的闪烁体易吸湿潮解、易发生光拓展现象，导致X射线探测器的图像分辨率降低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，包括硅基基底、设置在硅基基底上的若干个探测单元，以及设置在所述探测单元上的闪烁层，其中，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述闪烁层材料为CsPbBr3、CsAuBr3、CsPbCl3、CsAuCl3、CsPbI3和CsAuI3中的一种或多种。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述闪烁层的厚度为100μm。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述闪烁层上设置有防水层，所述防水层上设置有保护盖板。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述防水层材料为复合薄膜。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述复合膜材料为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯，聚氯乙烯(PVC)，聚酯(PET)，金属箔中的两种或多种。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述探测单元和闪烁层之间还设置有一保护层，所述保护层为ITO薄膜。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述探测单元包括薄膜晶体管、与所述薄膜晶体管电连接的感光结构。
所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其中，所述感光结构包括感测电极、光电二极管以及驱动电极，其中所述感测电极与所述驱动电极的连接线材料可以为Mo、Al、Ag，其中所述感测电极与所述驱动电极之间的绝缘材料可以为SiNx、SiO2或PI薄膜，其中所述感测电极与所述薄膜晶体管中的源极或漏极电连接。
一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的制备方法，其中，包括步骤：
在硅基基底上制备若干个探测单元，所述探测单元包括薄膜晶体管、与所述薄膜晶体管电连接的感光结构，以及设置在所述薄膜晶体管和感光结构上方的保护层，所述保护层是一层ITO薄膜；
在所述保护层表面制备一层闪烁层，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料；
在所述闪烁层表面制备一层防水层；
在所述防水层表面设置一层保护盖板，制得所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器。
本发明的优点在于：本发明提供的基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，通过将闪烁层中易吸湿潮解的CsI材料和光拓展严重的GOS材料换成含Pb或Au的无机钙钛矿材料，使得生产工艺更加简单，生产成本更加低廉，对设备、环境的要求更低，且使用防水性更好的复合薄膜作为防水层，使得X射线数字图像探测器不会因为空气中的水分而影响图像质量；并且所述含Pb或Au的无机钙钛矿材料对X射线有强烈的吸收，提高了X射线的转换效率，进而提高图像质量。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的简易结构示意图。
图2为本发明提供的一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的具体结构示意图。
图3为本发明提供的一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的制备方法较佳实施例的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明提供了一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，如图所示，所述X射线数字探测器包括硅基基底11、设置在硅基基底11上的若干个探测单元10，以及设置在所述探测单元10上的闪烁层14，其中，所述闪烁层14材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料。
具体来讲，传统X射线数字图像探测器中的闪烁层所采用的材料为CsI和GOS，CsI材料为吸湿性材料，会吸收空气中的水分而潮解，而GOS材料为颗粒状材料，其光拓展现象比较严重，两者都会使图像分辨率大大降低，而且现有X射线闪烁层封装方法效率较低，操作复杂。本实施例通过将闪烁层14中易吸湿潮解的CsI材料或易形成光拓展现象的GOS材料换成含Pb或Au的无机钙钛矿材料，由于所述无机钙钛矿可以在较低温环境中由液体中加工而成，使得其生产工艺更加简单，生产成本更加低廉，对环境、设备要求更低，且使用防水性更好的复合薄膜作为防水层，使得X射线数字图像探测器不会因为空气中的水分而影响图像质量；并且所述含Pb或Au的无机钙钛矿材料对X射线有强烈的吸收，提高了X射线的转换效率，从而提高闪烁层的发光效率，进而提高图像质量。
在一种优选的实施方式中，所述闪烁层14材料为CsPbBr3、CsAuBr3、CsPbCl3、CsAuCl3、CsPbI3和CsAuI3中的一种或多种，但不限于此。所述包含铯和铅原子或者铯和金原子的无机钙钛矿纳米晶体闪烁体表现出很强的X射线吸收和强烈的辐射发光特性。与以前的闪烁体材料不同，无机钙钛矿材料可以在较低温环境中由液体加工而成，而且可以通过改变胶体中阴离子成分调节其发光光谱；进一步地，所述含Pb或Au的无机钙钛矿材料对X射线有强烈的吸收，提高了X射线的转换效率，从而提高闪烁体的发光效率；这些特性说明可以运用无机钙钛矿纳米晶体材料制造出灵活且高灵敏度的X射线数字图像探测器。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，包括设置在闪烁层14上的防水层15，以及设置在所述防水层15上的保护盖板16。通过在所述闪烁层上制备一层防水层，可防止空气中的水影响闪烁层的性质，进而影响图像分辨率。优选的，所述防水层材料为透明材料。更优选的，所述防水层为复合薄膜，所述复合膜材料为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯，聚氯乙烯(PVC)，聚酯(PET)，金属箔中的两种或多种。通过在所述防水层上设置一层保护盖板，可保护闪烁层不受损伤。优选的，所述保护盖板为碳纤维板或塑料板。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，所述探测单元10和闪烁层14之间还设置有一保护层29，所述保护层29为ITO薄膜。所述保护层主要用于保护光电转换器件内的电容和电路中的金属引线。
在一种优选的实施方式中，如图2所述，所述探测单元10包括薄膜晶体管12、与所述薄膜晶体管12电连接的感光结构13。所述薄膜晶体管12包括栅极21、设置在所述栅极21上方的绝缘层25、设置在所述绝缘层25上方的有源层22、设置在所述有源层22上方的第一电极24和第二电极23；其中，所述第一电极24为源极或漏极，所述第二电极23与外部数据线相连，所述栅极21用于控制所述薄膜晶体管12的接通或关断；不同探测单元10的薄膜晶体管12通过第二电极23向外传输的电荷量与不同位置的X射线的剂量成正比，这样就能获取X射线的数字图像信号。
优选的，所述绝缘层25为PVX薄膜；所述有源层22为a-Si:H薄膜。
优选的，如图2所示，所述感光结构13包括感测电极26、光电二极管27以及驱动电极28，其中所述感测电极26与所述薄膜晶体管12中的源极或漏极电连接。优选的，所述驱动电极28和感测电极26的材料为氧化铟锡或者金属钼或者铝，通过磁控溅射法和溶液法制备而成。具体来讲，所述驱动电极28用于向光电二极管27中施加电压，在所述光电二极管27中形成电荷，电荷移动并被感测电极26接收。当闪烁层经过X射线照射后，会把X射线光子转变成可见光，然后由光电二极管将可见光变成图像电信号，再由具有门控作用的薄膜晶体管(TFT)收集电信号，并获得数字图像图像。
进一步地，本发明还提供一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的制备方法，其中，如图3所示，包括步骤：
S10、在硅基基底上制备若干个探测单元，所述探测单元包括探测单元包括薄膜晶体管、与所述薄膜晶体管电连接的感光结构，以及设置在所述薄膜晶体管和感光结构上方的保护层；
S20、在所述保护层表面制备一层闪烁层，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料；
S30、在所述闪烁层表面制备一层防水层；
S40、在所述防水层表面设置一层保护盖板，制得所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器。
具体来讲，在硅基基板上用测控溅射的方法形成栅极21、驱动电极28和感测电极26，磁控溅射的靶材为Mo或Al，在形成栅极21、驱动电极28和感测电极26的硅基基板上形成介质薄膜，所述介质薄膜包括a-Si:H薄膜以及PVX薄膜，所述a-Si:H薄膜是有源层22的核心薄膜，是源漏电极24间的导电沟道；所述PVX薄膜的主要作用是作为栅极21与有源层22间的绝缘层25，以及源漏电极24金属与有源层22间的保护层；在生成介质薄膜的硅基基板上用磁控溅射工艺制备源、漏电极，在形成介质薄膜的硅基基板上添加光电二极管作为感光层；在形成的介质薄膜硅基基板上添加保护层29；在保护层29上通过匀胶工艺旋涂含Pb或Au的无机钙钛矿材料作为闪烁层；在所述闪烁层上溅射一层复合薄膜作为防水层；在所述防水层上加上一层保护盖板，即制得本发明所述基于钙钛材料的X射线数字图像探测器。
综上所述，本发明提供的基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，通过将闪烁层中易吸湿潮解的CsI材料和光扩散较严重的GOS材料换成含Pb或Au的无机钙钛矿材料，使得生产工艺更加简单，成本更加低廉，对设备和环境的要求更低，且使用防水性更好的复合膜作为防水层，使得X射线数字图像探测器不会因为空气中的水分而影响图像分辨率；并且所述含Pb或Au的无机钙钛矿材料对X射线有强烈的吸收，提高了X射线的转换效率，从而提高闪烁层的发光效率，进而提高图像质量。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，包括硅基基底、设置在硅基基底上的若干个探测单元，以及设置在所述探测单元上的闪烁层，其特征在于，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料。
2.根据权利要求1所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述闪烁层材料为CsPbBr3、CsAuBr3、CsPbCl3、CsAuCl3、CsPbI3和CsAuI3中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述闪烁层上设置有防水层，所述防水层上设置有保护盖板。
4.根据权利要求3所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述防水层为复合薄膜，所述复合膜材料为聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯，聚氯乙烯(PVC)，聚酯(PET)，金属箔中的两种或多种。
5.根据权利要求1所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述探测单元和闪烁层之间还设置有一保护层，所述保护层为ITO薄膜。
6.根据权利要求1所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述探测单元包括薄膜晶体管、与所述薄膜晶体管电连接的感光结构。
7.根据权利要求6所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器，其特征在于，所述感光结构包括感测电极、光电二极管以及驱动电极，其中所述感测电极与所述薄膜晶体管中的源极或漏极电连接。
8.一种基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在第一基底上制备若干个探测单元，所述探测单元包括探测单元包括薄膜晶体管、与所述薄膜晶体管电连接的感光结构，以及设置在所述薄膜晶体管和感光结构上方的一层ITO薄膜作为保护层；
在所述保护层表面制备一层闪烁层，所述闪烁层材料为含Pb或Au的无机钙钛矿材料；
在所述闪烁层表面制备一层防水层；
在所述防水层表面设置一层保护盖板，制得所述基于钙钛矿材料的X射线数字图像探测器。
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