一種抗潮解摻鉈碘化銫薄膜及其制備方法與流程

本發明屬于閃爍體探測器技術領域，特別涉及一種具有防潮特性的摻鉈碘化銫薄膜及其制備方法。

背景技術：

隨著x射線探測技術的發展，閃爍體探測器成為目前研究最熱、應用最好的一類x射線圖像探測器。閃爍體探測器是通過利用閃爍體材料具有將x射線光子轉化為可見光光子的獨特性能，再與非常成熟的可見光圖像探測技術相結合，進而實現比較理想的x射線圖像探測。目前，閃爍體探測器已經在醫療、工業、安防等領域得到廣泛的應用，比如在醫療方面能夠使得介入、透視、造影等醫療手段圖像數字化；在工業方面能夠實現無損檢測、無損探傷、煤礦勘探；在安防方面能夠用于地鐵、機場以及海關等諸多場所的安全檢查。故而，閃爍體探測器的應用為發展國民經濟、保障人民健康做出了重大貢獻。

閃爍材料的作用主要是將x光轉換為可記錄的可見光，因此，閃爍材料的轉換效率和光產能以及其他參數會影響后續的光信號讀出。現有技術中，主要采用以摻鉈碘化銫、摻鉈碘化鈉為代表的閃爍晶體作為閃爍材料。而在這一系列閃爍晶體之中，摻鉈碘化銫因其光產額高、光轉換效率好，容易與ccd進行光譜匹配，具有可塑性，并且生產成本相對較低等優異性能，在閃爍體x射線探測器中應用最為廣泛。因而，有關摻鉈碘化銫薄膜制備工藝的研究也受到了越來越多的關注。例如：申請號為cn200910060112.5的中國專利《摻鉈碘化銫(csi∶tl)薄膜的一種制備方法》、申請號為cn201110442455.5的中國專利《微柱結構csi(tl)x射線閃爍轉換屏的制備方法及其應用》、申請號為cn201310269684.0的中國專利《摻鉈碘化銫薄膜表面缺陷處理方法》、申請號為cn201310499469.x的中國專利《一種摻鉈的碘化銫復合薄膜及其制備方法》等專利文件均公開了摻鉈碘化銫薄膜的制備工藝，并且致力于提高其性能。然而，由于傳統熱蒸發鍍膜工藝制備所得摻鉈碘化銫薄膜容易吸收空氣中的水分子而發生潮解現象，而潮解進一步會影響摻鉈碘化銫薄膜表面晶粒的形貌以及形成晶體的晶向，最終將導致摻鉈碘化銫薄膜的光轉換效率和空間分辨率等性能的降低。因此，亟需一種解決摻鉈碘化銫薄膜易潮解的方法，使得其薄膜級別的光轉換性能保持優異，這一技術問題的解決對于提高x射線探測器的整體性能及使用壽命等指標均有重要意義。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于：提供一種具有抗潮特性的摻鉈碘化銫薄膜及其制備方法，保證摻鉈碘化銫薄膜光轉換性能夠保持優異，進而有利于提高x射線探測器的性能指標。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種抗潮解摻鉈碘化銫薄膜，其特征在于，包括：摻鉈碘化銫薄膜及沉積在其上的鋁膜，所述鋁膜在摻鉈碘化銫薄膜上面形成致密防潮層。

進一步地，鋁膜的厚度為200～300nm。

另一方面，本發明提供了一種抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的制備方法，其特征在于，采用真空熱蒸鍍法在襯底表面先鍍制摻鉈碘化銫薄膜再鍍制鋁膜。

進一步地，鋁膜的厚度為200～300nm。

進一步地，本發明所公開抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟a：將摻鉈碘化銫粉末置于舟狀蒸發源上，然后將潔凈干燥的襯底置于所述舟狀蒸發源上方載物臺，在真空環境下，加熱舟狀蒸發源使得摻鉈碘化銫粉末蒸發，通過旋轉蒸鍍在襯底表面鍍制摻鉈碘化銫薄膜；

步驟b：將反應裝置內氣壓恢復至常壓，采用鋁材作為蒸發源，然后將步驟a制得鍍有摻鉈碘化銫薄膜的襯底置于鋁材上方載物臺，并使得鍍有摻鉈碘化銫薄膜的一面與鋁材相向設置，在真空環境下，加熱蒸發源使得鋁材蒸發，通過旋轉蒸鍍在摻鉈碘化銫薄膜表面鍍制鋁膜。

具體地，本技術方案中摻鉈碘化銫粉末是由csi晶體和tli晶體混合形成。

具體地，本技術方案的步驟a中真空環境的氣壓在1×10^-3至3×10^-3pa范圍內。

具體地，本技術方案的步驟a中加熱方式具體是通過對蒸發源通電流進而加熱蒸發物質，蒸鍍電流值為100a～120a。

具體地，本技術方案的步驟a中襯底距離舟狀蒸發源的垂直距離為15～30厘米。

具體地，本技術方案的步驟a中旋轉蒸鍍時襯底旋轉速率為25～35轉/分鐘。

具體地，本技術方案的步驟a中蒸鍍時間為90～120分鐘。

具體地，本技術方案的步驟b中真空環境的氣壓在8×10^-3至3×10^-3pa。

具體地，本技術方案的步驟b中加熱方式具體是通過對蒸發源通電流進而加熱蒸發物質，蒸鍍電流值為90a～120a。

具體地，本技術方案的步驟b中旋轉蒸鍍時襯底旋轉速率為25～35轉/分鐘。

具體地，本技術方案的步驟b中蒸鍍時間為10～15秒。

具體地，本技術方案在步驟a之前還包括：襯底的清洗，具體采用丙酮溶液、無水乙醇和去離子水作為清洗液分別進行超聲清洗，清洗后采用氮氣吹干。

作為優選實施方式，本技術方案的步驟a中摻鉈碘化銫薄膜的真空熱蒸鍍沉積速率為1納米～1.5納米/秒。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：

本發明通過采用真空熱蒸鍍法在摻鉈碘化銫薄膜上鍍制納米級別的鋁膜，由于鋁膜在潮濕空氣中會形成致密的鋁氧化物，有效阻止空氣中水分子進入摻鉈碘化銫薄膜，因此本發明能夠克服摻鉈碘化銫薄膜容易潮解的缺陷，避免了潮解對摻鉈碘化銫薄膜的光轉換效率和空間分辨率等性能指標的影響；鋁膜具有附著能力強、質硬耐磨等優勢，能夠有效地避免摻鉈碘化銫薄膜受到損傷；另外，本發明制備工藝簡單可控、成本低廉，有利于工業化生產。

附圖說明

圖1為本發明所提供的抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的結構示意圖及光路原理圖；

圖2為本發明所提供的抗潮解摻鉈碘化銫薄膜與傳統摻鉈碘化銫薄膜的穩態熒光光譜對比圖。

具體實施方式

以下通過實施例并結合說明書附圖詳細闡述本發明的技術方案，同時對本發明的原理和特性做進一步的說明。本實施例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

實施例1：

一種抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟a：

本實施采用純度均為99.99％的csi晶體和tli晶體混合形成摻鉈碘化銫粉末，將上述摻鉈碘化銫粉末置于鉬舟上，然后將潔凈干燥的襯底置于鉬舟上方30cm處的工件架上，關閉鐘罩使得系統成為密封環境，抽取系統真空至3×10^-3，調節襯底轉速為30r/min，然后將鉬舟作為電阻加熱源，通過向鉬舟通入120a的電流使得摻鉈碘化銫粉末蒸發，襯底保持常溫，蒸鍍時間為90分鐘；csi分子和tli分子在蒸發過程中被襯底迅速吸附，聚集形成晶核，晶核形成晶粒，晶粒繼續生長，逐漸生成連續的摻鉈碘化銫薄膜；本實施例中摻鉈碘化銫薄膜的厚度為7微米；

本實施中襯底選用普通玻璃載玻片，并對襯底進行切割操作，使得襯底的大小為2.0cm×2.5cm。根據本領域普通知識，襯底材料可以采用任何合適的材料，并不局限于本實施例所用材料；由于玻璃載玻片的表面粘附著許多污染物，而這些污染物會直接或者間接影響后續制得摻鉈碘化銫薄膜的致密度、力學特性以及與玻璃載玻片之間的結合。因此，為了盡量降低污染物導致的薄膜質量降低，本實施采用重鉻酸與硫酸配制的溶液對玻璃載玻片進行預處理，然后將玻璃載玻片依次置于無水乙醇、丙酮和去離子水中，采用超聲清洗設備進行清洗，清洗完成后置于熱風循環干燥箱中進行干燥處理，最終獲得潔凈、干燥的玻璃載玻片。

本實施例采用鉬舟作為步驟a中的蒸發源，為了防止鉬舟中的雜質對摻鉈碘化銫粉末造成污染，制備操作前也要對鉬舟進行打磨、清洗和干燥處理。

步驟b：

將反應裝置內氣壓恢復至常壓，采用鋁絲作為蒸發源，并將鋁絲懸置于加熱臺電極上，然后將步驟a制得鍍有摻鉈碘化銫薄膜的襯底置于鋁絲上方工件架，并使得鍍有摻鉈碘化銫薄膜的一面與鋁材相向設置，關閉鐘罩使得系統成為密封環境，抽取系統真空至5×10^-3，調節襯底轉速為30r/min，然后將鉬舟作為電阻加熱源，通過向鉬舟通入100a的電流使得摻鉈碘化銫粉末蒸發，襯底保持常溫，蒸鍍時間為10秒；鋁原子在蒸發過程中被襯底迅速吸附，聚集形成晶核，晶核形成晶粒，晶粒繼續生長，在摻鉈碘化銫薄膜表面逐漸生成連續的鋁膜；本實施例中鋁膜的厚度為240nm；

本實施例制得抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的結構示意圖如圖1所示，由于鋁膜對可見光的透過率基本為0，而對x射線的透過性能十分優越，故本發明抗潮解摻鉈碘化銫薄膜在運用時，應當使得x射線從鋁膜射入后從襯底射出，這樣才能夠保證器件整體的光透過性，而且不影響器件的光轉換效率。

實施例2：

傳統摻鉈碘化銫薄膜的制備方法，具體包括以下步驟：

本實施采用純度均為99.99％的csi晶體和tli晶體混合形成摻鉈碘化銫粉末，將上述摻鉈碘化銫粉末置于鉬舟上，然后將潔凈干燥的襯底置于鉬舟上方30cm處的工件架上，關閉鐘罩使得系統成為密封環境，抽取系統真空至3×10^-3，調節襯底轉速為30r/min，然后將鉬舟作為電阻加熱源，通過向鉬舟通入120a的電流使得摻鉈碘化銫粉末蒸發，襯底保持常溫，蒸鍍時間為90分鐘；csi分子和tli分子在蒸發過程中被襯底迅速吸附，聚集形成晶核，晶核形成晶粒，晶粒繼續生長，逐漸生成連續的摻鉈碘化銫薄膜；本實施例中摻鉈碘化銫薄膜的厚度為7微米；

本實施中襯底選用普通玻璃載玻片，并對襯底進行切割操作，使得襯底的大小為2.0cm×2.5cm。根據本領域普通知識，襯底材料可以采用任何合適的材料，并不局限于本實施例所用材料；由于玻璃載玻片的表面粘附著許多污染物，而這些污染物會直接或者間接影響后續制得摻鉈碘化銫薄膜的致密度、力學特性以及與玻璃載玻片之間的結合。因此，為了盡量降低污染物導致的薄膜質量降低，本實施采用重鉻酸與硫酸配制的溶液對玻璃載玻片進行預處理，然后將玻璃載玻片依次置于無水乙醇、丙酮和去離子水中，采用超聲清洗設備進行清洗，清洗完成后置于熱風循環干燥箱中進行干燥處理，最終獲得潔凈、干燥的玻璃載玻片。

本實施例采用鉬舟作為步驟a中的蒸發源，為了防止鉬舟中的雜質對摻鉈碘化銫粉末造成污染，制備操作前也要對鉬舟進行打磨、清洗和干燥處理。

首先對實施例2制得摻鉈碘化銫薄膜進行穩態熒光光譜測試，測試流程是通過激發光源照射至薄膜樣品后，再經過后續光路得到對應輸出光的穩態熒光光譜測試結果。然后將實施例1制得抗潮解摻鉈碘化銫薄膜與實施例2制得摻鉈碘化銫薄膜分別在濕度為76％的潮濕空氣中放置48小時，然后再對上述兩個樣品進行穩態熒光光譜測試。

上述三者的穩態熒光光譜測試結果如圖2所示，從圖2中可以看出：傳統摻鉈碘化銫薄膜在潮濕空氣中放置48小時后，由于潮解的原因對x射線的光轉換效率產生大幅下降，光轉換效率降低至剛制得還未潮解的摻鉈碘化銫薄膜的16％左右；而本發明摻鉈碘化銫薄膜在潮濕空氣中放置48小時后，對x射線的光轉換效率為剛制得還未潮解的摻鉈碘化銫薄膜的95％左右。上述對比結果可以得出：在考慮到鋁膜對光吸收反射的影響后，本發明制備的抗潮解摻鉈碘化銫薄膜由于抗潮解層的加入，有效地抑制了摻鉈碘化銫薄膜潮解現象的發生，避免了摻鉈碘化銫薄膜潮解所存在的缺陷。

上述具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發明的保護之內。