[发明专利]基于Bi基四元卤化物单晶的半导体辐射探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Bi基四元卤化物单晶的半导体辐射探测器及其制备方法，涉及半导体材料制备的射线成像探测器技术领域。所述的半导体辐射探测器结构包括以Bi基四元卤化物单晶作为射线吸光层，电子选择性接触选择层，空穴选择性接触层，分别贴合在所述吸光层的两面，两个电极分别与两个选择性电荷接触层接触，作为器件的正极和负极。本发明的半导体辐射探测器具备高灵敏度，环境友好，稳定等优点。

技术领域

本发明属于以半导体材料制备的射线成像探测器技术领域，更具体地，涉及一种利用Bi基四元卤化物单晶制备X射线及Gama射线的成像探测器及制备方法。

背景技术

射线成像技术是放射性射线(如X射线和γ射线等)作为媒介，获得以图像形式展现的检测对象的结构或功能信息，为相应行业提供各种对所观察对象进行诊断、检测和监测的技术手段，广泛应用于医疗卫生、公共安全和高端制造业等行业。探测器是射线成像设备的重要组成部分。用于探测放射性射线的探测器一般有气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等类型，其中半导体探测器能得到最好的能量分辨率。

半导体探测器是直接吸收放射性射线，通过光电效应、康普顿散射、电子对产生三种作用方式产生电子-空穴对，它们在外加电场中运动产生探测器的基本电信号。对于这样一种半导体辐射探测器，其吸光层根据不同的用处可以使用多种半导体材料，如硅(Si),非晶硒(a-Se)等，但这些材料具有需要加大偏压，工艺复杂，灵敏度低等缺点。因此寻找一种对于放射性射线具有高灵敏度的材料作为半导体辐射探测器的吸收层是非常迫切和必要的。

发明内容

本发明提出一种基于Bi基四元卤化物单晶的半导体辐射探测器及制备方法，目的在于获得高性能、无毒、稳定的半导体辐射探测器，解决现有技术存在的工艺复杂、灵敏度低、环境污染和稳定性差等问题，以及灵敏度、工作偏压、稳定性和环境污染等指标不能兼顾问题。

特别的，本发明提供了一种基于全无机双钙钛矿单晶的半导体辐射探测器，包括：

以Bi基四元卤化物单晶作为所述半导体辐射探测器的吸光层，以吸收高能射线，产生电子-空穴对；

所述高能射线包括X射线和Gama射线,能量大于20Kev；

两个选择性电荷接触层，分别贴合在所述吸光层的两面，从而选择性抽取收集所述吸光层产生的电子-空穴对；和

两个电极，分别与两个所述选择性电荷接触层直接接触，以作为所述半导体辐射探测器的正极和负极(正极与电子选择性接触层直接接触，负极接空穴选择性接触层)。

优选地，Bi基四元卤化物单晶化学组成为Cs2AgBiX6,X为Cl或Br。

优选地，两个所述的选择性电荷接触层分别为电子选择性接触层和空穴选择性接触层，所述电子选择性接触层用于导出吸光层产生的电子，空穴选择性接触层用于导出吸光层产生的空穴。

优选地，所述电子选择性接触层包括碳六十(C60)、富勒烯衍生物(PCBM)、二氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)中的一种，多种或无。

优选地，所述的空穴选择性接触层包括氧化镍(NiO)或无。

优选地，所述的电极两个电极为金。

按照本发明的另一方面，还提出所述的半导体辐射探测器的制作方法，包括如下步骤：

(1)按2:1:1的摩尔比称取CsX,AgX,BiX3,其中X为Cl或Br，加入到卤化氢溶液(HX，X＝Br，Cl)中，将溶液加热到130℃-110℃充分溶解后，以小于1℃/h的速度降温，当温度降低到70℃-50℃时，晶体析出,得到Bi基四元卤化物单晶晶体；