[发明专利]直接转换辐射检测器

说明书

描述了一种装置，包括：网络，其包括用于传输正电荷的第一材料(例如电子供体、空穴传输材料、p型半导体)和用于传输负电荷的第二材料(例如电子受体、电子传输材料、n型半导体)，所述第一和第二材料分散在网络内以形成多个电结；以及分散在网络内的多个纳米颗粒，其中所述纳米颗粒的至少一个尺寸大于所述纳米颗粒的激子波尔半径的两倍，并且至少一个尺寸小于100nm，并且其中，在使用时，所述纳米颗粒将入射辐射转换成自由的正负电荷，以分别通过所述第一材料和第二材料传输。

技术领域

本发明涉及辐射检测。例如，描述了用于辐射检测的材料和包括这种材料的检测器。

背景技术

电离(例如核)辐射在一系列应用中的广泛使用，例如在辐射治疗、安全筛选和工业应用中，需要开发适当的辐射检测技术。文中术语“电离辐射”和“核辐射”都被认为延伸到α粒子、β粒子、X射线、γ射线等。常见的核辐射检测器包括半导体装置，通常是硅(Si)或锗(Ge)。这些固态装置通过测量响应入射辐射在检测器体积中产生的电荷载流子(电子和空穴)的数量来检测核或电离辐射。当高能辐射光子或粒子与检测器中的活性半导体材料碰撞时，其会引起电离并产生电荷载流子。产生的电荷载流子在施加的偏压所产生的电场的影响下被加速。这导致可以容易地在电极处收集的电流。可以发现电流与沉积在材料中的辐射剂量成比例。取决于入射辐射的光子的能量和材料的原子序数(Z)，存在物质被广泛归因于与入射光子相互作用的三种主要机制，即光电效应、康普顿散射和配对产生。检测器可以测量入射辐射量、空间分布、辐射光谱和其他性质。

基于硅的固态无机辐射检测器是已知的。尽管无机检测器具有优异的性能，但由于使用了结晶检测器材料，因此他们具有主要缺点，例如弯曲几何形状的可制造性，脆性活性材料，高制造成本和有限的检测器尺寸。与其明确建立的无机对应物相比，有机半导体(例如半导体聚合物)具有几个优点，使得他们成为大面积，低成本电子装置的有吸引力的候选者。由这些有机半导体组成的油墨可以通过将共轭聚合物、低聚物和小分子溶解在普通有机溶剂中来制备。然后可以使用常规湿法处理技术将这些油墨简单地涂覆到基板上，从而以极低的成本生产大面积装置。由于其柔性特性，因此基于有机半导体的大面积检测器面板可以形成弯曲的几何形状，例如管，以放置在管道周围以监测例如放射性流体。柔性有机剂量计还可用于患者剂量计，用于X射线诊断或癌症治疗，例如，通过在患者身体的多部分(例如肢体)周围形成大面积像素化检测管，以提供局部空间分辨的剂量测量。

已知的高能辐射检测器的一些特征包括弱暗电流(漏电流)，良好的整流行为，高电荷载流子迁移率和高辐射阻止功率。通常，固态检测器可以被细分类为“直接”和“间接”检测器。

图1示出了基于有机光电二极管的示例性间接辐射检测布置，通常由附图标记200指示。检测布置200包括闪烁体材料202和光电二极管204。在间接转换检测器中，电离辐射转换为电信号以两步过程发生。通常，此过程的第一步涉及借助于闪烁体材料202将入射辐射转换为可见光。第二步则通过使用吸收可见光以产生电信号的诸如光电二极管(例如光电二极管204)的第二传感器，将第一检测器材料的输出(在闪烁体是可见光的情况下)转换为电信号。由于分级转换效率(小于100％)影响每个级，因此间接检测器技术的多级性质导致入射辐射以低效率(分级效率的倍增)转换为电流。

相比之下，直接检测器将入射的电离辐射直接转换为电信号。由于此转换是单级过程，因此使用单组优化参数具有最小的效率损失。

以前已经证明，辐射诱导的光电流可以在直接辐射检测器中的金属/半导体聚合物/金属装置结构中使用单一均质材料如聚-(三芳胺)(PTAA)、聚([9,9-二辛基芴基-2,7-二基]-共-联噻吩)(F8T2)实现。这种材料是活性聚合物材料，但他们只能携带单一类型的电荷(电子或空穴)。包括单一均质材料的装置(单一有机半导体系统)的单载波特性降低了可实现的总体信号响应。有机半导体通常由低原子序数(低Z)碳和氢组成原子组成，这导致高能量辐射的低阻止功率(衰减)。

本发明试图解决至少一些上述问题。

发明内容