[发明专利]基于无铅钙钛矿单晶的核辐射探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于无铅钙钛矿单晶的核辐射探测器及制备方法，主要解决现有技术钙钛矿吸收层含有有毒铅元素和灵敏度较低的问题，其从下而上依次包括前电极(1)、钙钛矿吸收层(2)和背电极(3)。所述钙钛矿吸收层(2)采用无铅钙钛矿晶体，其厚度为1～20mm；该无铅钙钛矿晶体为A₂BX₆或A₂CC’X₆，其中：A为Cs、Rb、Na和K中的任意一种；B为Sn和Ge中的任意一种；C为Ag、Au和Cu中的任意一种；C’为Bi、Sb和In中的任意一种；X为Cl、Br和I中的任意一种。本发明由于采用无铅钙钛矿作为核辐射吸收层，除去了有毒的铅元素，提高了核辐射探测器的灵敏度，可用于核工业的环境监测。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种核辐射探测器，可用于核工业的环境监测。

背景技术

核辐射探测器主要分为气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器三种类型。气体探测器的原理是，被高能射线粒子电离的气体分子在外加高压下产生脉冲电流，其缺点是只能检测高能射线粒子的数量，不能分辨高能射线粒子的能量。闪烁体探测器将高能射线粒子转化为可见光，再通过光电二极管将可见光转化为电信号，其缺点是发光衰减时间长，光子产生率低。

为了解决上述缺点，半导体探测器应运而生，半导体探测器可以直接将高能射线粒子转化为电信号。近几年，钙钛矿核辐射探测器在制备方法、器件结构和探测灵敏度上都有了显著提升，其结构包括金属前电极、钙钛矿层、金属背电极。但是传统的钙钛矿层载流子寿命短，载流子迁移率低，缺陷多，暗电流大，含有有毒的铅元素，限制了钙钛矿核辐射探测器的性能及应用。

中国工程物理研究院材料研究所在其申请的专利文献“一种基于全无机钙钛矿单晶的辐射探测器的制备方法”(申请号：201710133192.7授权公告号：CN 106847956 B)中公布了一种钙钛矿单晶X射线探测器的制备方法。该方法采用全无机钙钛矿作为核辐射吸收层，采用金、银或镍作为两侧金属电极。该方法由于制备的核辐射探测器含有有毒的铅元素，会对环境造成污染，同时载流子寿命短、迁移率低，缺陷多，暗电流大，限制了钙钛矿核辐射探测器的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有的不足，提出一种基于无铅钙钛矿单晶的核辐射探测器及其制备方法，以除去有毒的铅元素、减少缺陷、降低暗电流，进一步提高探测器的灵敏度。

为实现上述目的，本发明基于无铅钙钛矿单晶的核辐射探测器，自下而上包括前电极1、钙钛矿吸收层2和背电极3，其特征在于，钙钛矿吸收层2采用无铅钙钛矿晶体，用于除去有毒的铅元素，改善电荷传输性能，提高核辐射探测器的灵敏度，其厚度为1～20mm；

所述无铅钙钛矿晶体为A₂BX₆或A₂CC^’X₆，其中：A为Cs、Rb、Na和K中的任意一种；B为Sn和Ge中的任意一种；C为Ag、Au和Cu中的任意一种；C^’为Bi、Sb和In中的任意一种；X为Cl、Br和I中的任意一种。

进一步，所述前电极1是金、银、铜、镍、石墨烯、纳米碳管或碳电极中的任意一种，厚度为100～900nm。

进一步，所述背电极3是金、银、铜、镍、石墨烯、纳米碳管或碳电极中的任意一种，厚度为100～900nm。

为实现上述目的，本发明制备一种基于无铅钙钛矿单晶的核辐射探测器制备方法，其特征在于，包括如下：

1)将满足0.5～3.0M无铅钙钛矿A₂BX₆或A₂CC’X₆的两种或两种以上的前驱体盐溶于相应的溶剂中，得到无铅钙钛矿前驱体溶液；