【摘要】：X射線從被倫琴發(fā)現(xiàn)以來,憑借強的穿透性和高的光子能量等優(yōu)點,在醫(yī)療行業(yè)、安檢行業(yè)及工業(yè)檢測行業(yè)等的運用上扮演著不可或缺的角色,因而對X射線探測技術(shù)的研究就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的X射線探測器主要依靠兩種能量轉(zhuǎn)換機制,一種是直接轉(zhuǎn)換機制,將X射線直接轉(zhuǎn)換成電流信號;另一種是間接轉(zhuǎn)換機制,通過閃爍體將X射線轉(zhuǎn)化為可見光,可見光再通過光電二極管陣列等轉(zhuǎn)化成為電流信號。這兩種能量轉(zhuǎn)換機制均存在著不少問題及挑戰(zhàn):直接轉(zhuǎn)換機制中,常用的光電轉(zhuǎn)換材料為非晶硒,非晶硒X射線DR探測器中的活性層厚度比較薄,對X射線的吸收不高,內(nèi)量子效率低,且非晶態(tài)的硒制備困難,載流子傳輸特性較差,存在著器件制作成本和工作電壓高等問題;間接轉(zhuǎn)換機制中,使用的器件龐大笨重,且探測器中產(chǎn)生的可見光會有側(cè)向擴散現(xiàn)象,影響了探測器的空間分辨率。為了進一步克服傳統(tǒng)X射線探測器的缺點,本文對基于CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶的X射線探測器進行了研究,利用CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶將X射線光子信號直接轉(zhuǎn)換為電流信號,避免了將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光,再將可見光轉(zhuǎn)換為電子空穴對的過程,提高了量子探測效率;CH_3NH_3PbBr_3材料中含有的Pb和Br原子具有高的原子序數(shù),并且CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶的厚度可到毫米級,因而具備強的X射線吸收能力;所制備的CH_3NH_3PbBr_3的形態(tài)為單晶,有利于提高載流子的遷移率,測得的載流子遷移率可達45 cm~2 V~(-1) S~(-1),與已報道的非晶硒材料相比高出約380倍。且單晶形態(tài)的載流子復(fù)合幾率小,主要體現(xiàn)為CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶具有較低的缺陷態(tài)密度(約為7.5×10~9 cm~(-3)),相比已報道的非晶硒材料降低了約2400倍,使得所制備的器件具有高的載流子收集效率。論文設(shè)計了Au/Poly-TPD/CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶/C_(60)/PCBM/Ag的X射線探測器器件結(jié)構(gòu),該探測器利用CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶作為X射線探測的光電轉(zhuǎn)換材料,由于鈣鈦礦本身具備較強的X射線吸收能力,及較長的載流子壽命和較大的載流子遷移率,與常見的商用X射線探測器相比,可有效地提高器件的探測靈敏度(約305μC Gy~(-1)_(air) cm~(-2)),超出非晶硒X射線探測器6倍以上。在單晶材料的制備方法上,采用變溫結(jié)晶法,可在較低溫度下制備出厚度為毫米級的高品質(zhì)鈣鈦礦單晶,因而能有效地吸收X射線,且材料制備的成本和對環(huán)境要求都較低。在器件結(jié)構(gòu)方面,通過增加功能層材料,如電子傳輸層材料C_(60)和空穴傳輸層材料Poly-TPD,可以有效降低器件的暗電流,使得光電流與暗電流的比值達1000倍,相比已報道的CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶X射線探測器,提高至3倍以上。且當暗電流值小時,可在器件上施加高的反向電場從而提高載流子的接受率以達到高的探測效率。實驗結(jié)果表明,該CH_3NH_3PbBr_3鈣鈦礦單晶X射線探測對于X射線探測技術(shù)的進步和發(fā)展提供了相應(yīng)的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL816.1
【圖文】：

圖 1-1 基于 TFT 陣列的 X 射線探測平板電路[6]基于薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT)的數(shù)字 X 射線探測器適用于對成像面積要求高的探測領(lǐng)域。在該探測器件中，TFT 陣列可以采用低溫薄膜技術(shù)大面積制備于玻璃或者塑料基板上，通過 TFT 的開關(guān)作用，實現(xiàn)每個傳感單元的探測信號讀取。而對于光電轉(zhuǎn)換層，可以通過轉(zhuǎn)換材料將 X 射線光子先向紫外可見光轉(zhuǎn)化再到電信號轉(zhuǎn)化。也

圖 1-2 采用閃爍體和雙柵 TFT 的 X 射線探測器[7]2013 年加拿大滑鐵盧大學(xué)和荷蘭飛利浦公司的研究組共同提出利用有機晶體管陣列和體材料異質(zhì)結(jié)二極管實現(xiàn)大面積有源 X 射線光電探測，得到了很好的探測效果，如圖 1-3 所示。在該探測器陣列中，除了金屬電極以外，所有的器件結(jié)構(gòu)都是由溶液法制備。該探測器陣列是在厚度僅為 25um 的塑料基板上制備的，而且整個探測層的厚度僅

圖 1-4 將碳納米管晶體管應(yīng)用于 X 射線探測[9]過改進 TFT 器件結(jié)構(gòu)來提高平板 X 射線探測器性能外，國外的一過新的光電轉(zhuǎn)換材料將 X 射線光子直接高效地轉(zhuǎn)換為光生載流子路結(jié)構(gòu)對光電信號進行放大。荷蘭飛利浦公司和埃因霍溫技術(shù)大學(xué)探測層(OPD)以及氧化物薄膜晶體管背板在厚度為 25 um 的塑料襯

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 丁雄P

本文編號：2766020