[发明专利]混卤全无机钙钛矿单晶X射线探测器

说明书

本发明涉及混卤全无机钙钛矿单晶X射线探测器，本发明使用混卤全无机钙钛矿单晶制备X射线探测器，其中，混卤全无机钙钛矿单晶具有优异的电学性能，包括大的电阻率(10¹⁰～10¹¹Ωcm)，微弱的离子迁移，高的X射线响应灵敏度，小的暗电流，低的最低检测限，并且得到的X射线探测器探测范围宽，稳定性好。

技术领域

本发明涉及混卤全无机钙钛矿单晶X射线探测器，属于X射线探测技术领域。

背景技术

X射线探测器在医学成像、安全检查、工业探伤、科学研究和太空探索方面具有不可替代的作用。半导体X射线探测器将X射线光子直接转换为电信号，与传统的闪烁体探测器相比，可以实现更好的空间分辨率和最低检测限。高探测灵敏度和低探测极限被认为是X射线探测器的关键指标，在实际应用中需要减少总的X射线照射剂量。高效的半导体X射线探测器需要材料具备以下特性：大的衰减系数(α)，以有效地与X射线光子相互作用并产生自由电荷；较大的载流子迁移率寿命乘积(μτ)，以确保高电荷收集效率；高电阻率，以实现低探测极限。

目前，只有少数半导体材料具有上述特征可用于X射线探测器。广泛应用于X射线探测的有：Si、α-Se、HgI₂、PbI₂和CdZnTe(CZT)。然而，Si和α-Se探测器的衰减系数很小，只适合探测能量在50keV以下的X射线。HgI₂和PbI₂探测器的漏电流大，稳定性差。CdZnTe(CZT)探测器具有出色的能量分辨率，但价格昂贵，并且存在很多易俘获电子的缺陷。因此，亟需开发一种探测范围宽、稳定性好、成本低的新型半导体X射线探测器。

近年来，无机钙钛矿CsPbBr₃由于其高的原子序数、可调节的带隙、大的迁移率寿命乘积和低的单晶生长成本，成为一种用于核辐射探测的新材料。然而，该材料需要解决以下问题：(1)CsPbBr₃电阻率(10⁷—10⁹Ω·cm)比CZT(10¹⁰—10¹¹Ω·cm)低2到3个数量级，限制了探测器暗电流的降低。(2)CsPbBr₃晶体较严重的离子迁移，导致探测器暗电流漂移严重。

组分工程已成功用于调节III-V族和II-VI族半导体的带隙和其他电学特性，如通过GaAs和GaN合金化获得的GaAsN以及通过CdTe和ZnTe合金化获得CdZnTe。对于卤化物钙钛矿半导体来说，光吸收范围可以通过改变材料的组分进行调节。因此，生长组分可调的高质量大尺寸无机钙钛矿CsPbBr_3-nX_n(X＝Cl，I)单晶对于抑制离子迁移，提高材料的电阻率，进而优化X射线探测器的性能具有重要意义。然而，基于此类晶体的电学性质和X射线探测性能的研究在国内外尚属空白。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种混卤全无机钙钛矿单晶X射线探测器。

本发明使用混卤全无机钙钛矿单晶制备X射线探测器，其中，混卤全无机钙钛矿单晶具有大的电阻率(10¹⁰～10¹¹Ωcm)，微弱的离子迁移，高的X射线响应灵敏度，小的暗电流，低的最低检测限等优异的电学性能，并且得到的X射线探测器探测范围宽，稳定性好。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种X射线探测器，所述X射线探测器包含混卤全无机钙钛矿单晶。

所述混卤全无机钙钛矿单晶包括Br、I两种卤素，结构式为CsPbBr_3-nI_n，其中，0n≤1；为钙钛矿结构，属于正交晶系，Pnma空间群，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

根据本发明优选的，所述的混卤全无机钙钛矿单晶包括Br、I两种卤素，结构式为CsPbBr_3-nI_n，其中，0n≤1。