[发明专利]X射线成像多晶碘化汞探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X射线成像多晶碘化汞探测器的制备方法，它是一种制备X射线探测成像的器件的方法，属于半导体探测器制备工艺技术领域。

背景技术

碘化汞(HgI₂) 禁带宽度大(2.13eV)、原子序数高(M_Hg＝80，M_I＝53)、电阻率高(ρ>10¹³Ω·cm)、电离效率高(52%)，优异的物理、化学和电学特性，使得碘化汞具有光电线性吸收系数大、探测效率高、能量分辨率好等优势，因此其对X、γ射线(尤其对低能量的X、γ射线)具有很高的探测效率和良好的能量分辨率，广泛应用于荧光分析、航空航天和核医学和高能物理等领域。高原子序数材料制作射线探测器件具有尺寸小的优势，由碘化汞探测器构成的X、γ射线谱仪具有探测效率高、质量轻、小巧致密的特点，广泛用于军事、核工业、环境保护等领域，所以碘化汞是目前制备室温半导体核辐射探测器最理想的材料之一。

目前，多晶碘化汞的常用沉积方法都属于物理方法，包括有SP(丝网印刷) 、PVD(物理气相沉积) 、LA(激光消融法)、HP(热压法)以及PIB(粘结剂法)等。而以上这些物理方法则要求原材料碘化汞粉末有分析纯级以上纯度(﹥99.9999%)，倘若原材料纯度低于该标准时，就难以用这些物理方法来制备得到多晶碘化汞，即使勉强沉积得到的碘化汞材料，其结构性能差异也较大。真空蒸发（vacuum evaporation）厚膜生长技术，又可称为真空物理气相沉积（vacuum physical vapour deposition），就是在真空容器中把材料加热到使大量的原子或分子离开其表面，并淀积在薄膜晶体管（TFT）基片上。真空系统中，由于背景气压低，大部分蒸发分子与残余气体分子不发生碰撞现象，而直接按直线到达基片。

由于物理气相沉积法制备厚膜成本较低、厚膜性能较好且容易规模化生产，因此，目前主要使用这种方法制备“探测器级”多晶HgI₂厚膜。并且已经申请发明专利：超声波作用下真空蒸发气相沉积生长多晶碘化汞厚膜的方法（申请号：201110449815.4），高取向性多晶碘化汞厚膜的制备方法（申请号：201110336271.0），用于辐射探测器的多晶碘化汞薄膜的制备方法（申请号：201110192217.3）。以及实用新型专利：超声波辅助下水浴真空物理气相沉积厚膜的系统装置（申请号：2012201152031）。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的是提供一种X射线成像多晶碘化汞探测器的制备方法。

 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种X射线成像多晶碘化汞探测器的制备方法，包括如下步骤：

a.多晶碘化汞厚膜的生长：采用超声波物理气相沉积法在压强真空室，真空度要求达到10^-3～10^-4Pa 条件下沉积多晶碘化汞厚膜；油浴温度恒定在110摄氏度，保持沉积时间1～3小时；所制备的厚膜厚度为150～250微米，沿（001）晶向择优生长，并且单个颗粒的直径保持30纳米，颗粒间隙小于20纳米；

b.多晶碘化汞厚膜表面的处理：首先选取步骤a中所述沉积在薄膜晶体管基板上的多晶碘化汞厚膜，用细沙皮纸对厚膜进行机械粗抛光，然后用绸布进行机械细抛光；经过机械抛光后，用20-30摄氏度的浓度30-40%KI溶液进行20-30分钟的化学腐蚀平抛光；根据膜的表面粗糙度化学腐蚀抛光延长或减少5分钟直到表面平整；然后使用无水乙醇反复冲洗2次，接着用18MΩ去离子水冲洗3次，最后在真空箱中恒温30摄氏度晾干42小时；

c.X射线成像多晶碘化汞探测器电极的制备：将步骤b中处理好的多晶碘化汞厚膜放入磁控溅射仪中分别使用金，铬2种不同的靶材制镀上电极（厚度100纳米）；在多晶碘化汞厚膜上放置掩模板，靶材和膜的距离为8厘米，在真空度10^-4Pa以下镀膜；

d.X射线成像多晶碘化汞探测器的封装：制备好电极后，在已经镀上的金或者铬的上电极上连接直径100微米的钯丝引出线，因为薄膜晶体管本身有电极不需要衬底电极连线；引出线完成之后把电阻率大于10¹⁴Ω·cm的硅橡胶涂抹于多晶碘化汞厚膜及电极上表面；然后用环氧树脂固定于聚四氟乙烯基座上；将直径100微米的钯丝焊接在外引线上；最后安装开口窗方形边长7厘米的铝壳，作为探测器的外壳。

与现有技术相比，本发明具有如下的突出的优点：