[发明专利]零维铋基钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半导体光电探测领域，具体涉及一类零维铋基碘化物R₃Bi₂I₉钙钛矿单晶材料，所述材料(Bi₂I₉)^3‑单元被有机离子R⁺包围进而形成三维空间内点状不连续分布。本发明还涉及所述材料的制备方法，以及此类材料在X射线探测器中的应用。本发明提供了一类环境友好、稳定性高的零维结构铋基钙钛矿单晶新材料。得益于材料的高稳定性、对X射线的高衰减系数等优势，所制备的探测器耐辐照性能好，对剂量率仅为182nGy_air s^‑1的X射线具有很好的信号响应，远低于常规医学诊断要求的5.5μGy_air s^‑1。

技术领域

本发明涉及一种X射线探测器材料及其制备方法，具体涉及一种R₃Bi₂I₉零维铋基钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用，属于新型钙钛矿材料的在X射线探测领域应用。

背景技术

X射线在环境监测、安全检查、核科学与技术、医学成像、工业无损检测、空间辐射探测以及高能物理等许多领域应用广泛。用于X射线探测的核辐射探测器是X射线应用过程中的关键技术之一，因此不断发展X射线探测材料和X射线探测技术是目前射线研究领域的重要发展方向。

兴起于20世纪60年代初期的第三代X射线探测器，即半导体探测器具有更快的响应速度、更强的能谱分辨能力、更宽的能量线性范围以及更为紧凑的系统构造，在精密能谱测量方面明显优于气体电离探测器和闪烁体探测器。特别是室温半导体核辐射探测器，兼具低温半导体探测器的高能量分辨及闪烁体探测器的高探测效率等优点，十分适用于核科学、空间科学、医学成像、安全检查以及环境保护等对探测器快速响应、高探测效率、低探测下限、简单便携等性质的多元需求。

2015年Pb基钙钛矿材料首次应用于X射线探测领域。此后，多项关于卤化物钙钛矿材料应用于X，γ射线探测的工作被陆续报到。文献报道结果集中在三维Pb基卤化物钙钛矿材料。这些材料在应用于太阳电池研究的过程中发现存在诸如稳定性差、Pb有毒等问题，不利于未来的商业化推广使用。同时，三维卤化物钙钛矿材料中普遍存在离子迁移现象，相应晶体材料电阻率偏低(10⁸-10⁹Ωcm)。X射线探测器工作时所施加的外加电场较大，工作电场导致的离子迁移不利于器件漏电流的控制，导致探测器的噪声水平较高，限制了探测器灵敏度的提升。同时，外加电场引发的离子迁移现象不利于器件的长期稳定性。

与Pb相比，83号铋(Bi)元素是一种相对环保的“绿色元素”，且Bi基卤化物能够形成带隙～2.0eV的钙钛矿结构的材料，满足室温X射线探测器对带隙的要求；其较高的原子序数也十分有利于X射线的吸收。研究表明，相对于Pb基卤化物钙钛矿，Bi基卤化物钙钛矿具有更好的稳定性及更弱的离子迁移现象。不过，目前铋基钙钛矿材料仅有三维Cs₂AgBiBr₆及二维(NH₄)₃Bi₂I₉用于X射线探测，进一步开发更多的新型Bi基钙钛矿材料有望为制备高性能室温X射线探测器提供关键的材料基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境稳定性较高、对X射线探测更加灵敏的新型铋基钙钛矿单晶新材料。

本发明是这样实现的：

一种零维铋基钙钛矿单晶材料R₃Bi₂I₉，(Bi₂I₉)^3-单元被有机离子R⁺包围进而形成三维空间内点状不连续分布。