[发明专利]ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的制备方法，其特征在于，该方法利用射频反应磁控溅射在基片上制备ZnO种子层薄膜，然后利用低温水热法在基片上形成ZnO:Ga单晶纳米棒阵列，再通过氢气退火处理制得所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏；

包括以下步骤：

(1)采用射频反应磁控溅射法在基片上镀ZnO种子层薄膜；

(2)将镀有ZnO种子层薄膜的基片在空气气氛中退火处理；

(3)将Zn(NO₃)·6H₂O、Ga(NO₃)₃·6H₂O和C₆H₁₂N₁₄分别溶于去离子水中，混合均匀，形成反应物溶液；

(4)将镀有ZnO种子层薄膜的基片置于反应釜中，使基片上镀有ZnO种子层薄膜的一面朝下，并加入步骤(3)的反应物溶液，进行低温水热反应，在基片上形成垂直于基片生长的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列；

(5)将形成有ZnO:Ga单晶纳米棒阵列的基片进行氢气退火处理，得到ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏；

步骤(2)中退火处理的温度为250～750℃，退火处理时间为1～3h，退火处理完成后，自然降温至室温；

步骤(5)中氢气退火处理的温度为350～650℃，退火气氛Ar:H₂的体积比为80～95:20～5，退火时间为20～60min。

2.根据权利要求1所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的制备方法，其特征在于，采用射频反应磁控溅射法在基片上镀ZnO种子层薄膜的方法包括以下步骤：

(a)将基片依次在丙酮与乙醇的混合液、稀硝酸、去离子水中进行超声处理，然后取出擦拭干净后干燥保存备用；

(b)将基片固定在磁控溅射室上方的工件架上，然后将锌靶放在溅射靶上，控制基片与锌靶的距离为5～7cm，在开始正式溅射之前，基片与锌靶之间用挡板遮挡；

(c)抽真空至真空度小于1.0×10^-3Pa，将基片加热至200～400℃，并在开始蒸镀薄膜前使工件架以10～30rpm的转速匀速旋转；

(d)按体积比1:1、气流速率20～60sccm注入氩气和氧气，磁控溅射室的气压控制在0.5～5Pa；

(e)调节溅射功率为100～200W，预溅射10～60min；

(f)预溅射结束后，打开挡板，对基片进行正式溅射，溅射处理10～30min，溅射完毕后在真空环境中自然冷却至室温，完成在基片上镀ZnO种子层薄膜。

3.根据权利要求1所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的制备方法，其特征在于，步骤(3)的反应物溶液中，Zn(NO₃)·6H₂O与C₆H₁₂N₁₄的浓度为0.1～0.4mol/L，Zn(NO₃)·6H₂O与C₆H₁₂N₁₄的摩尔比为1:1，所述的Ga(NO₃)₃·6H₂O用于提供Ga掺杂元素，掺杂浓度为1～10％。

4.根据权利要求1所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的低温水热反应的温度为80～150℃，反应时间为7～12h。

5.根据权利要求1所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的制备方法，其特征在于，所述的基片为石英基片。

6.一种ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的方法制备得到。

7.如权利要求6所述的ZnO:Ga单晶纳米棒阵列X射线闪烁转换屏的应用，其特征在于，将其应用于高空间分辨率和高时间分辨率X射线成像。