一种倒置结构的自驱动辐射探测器

本发明属于辐射探测领域，具体涉及一种倒置结构的自驱动辐射探测器。

背景技术：

1、半导体辐射探测器可用于x、γ和β等高能射线的探测，并可广泛应用于安保、医疗、国防和核电等行业，以及工业机械部门小型产品及零部件的尺寸标定、无损检测和无损评估等方面。如今，国际环境日渐复杂，迫切需要一种可适用于各种场合的便携式无源自驱动型辐射探测器。

2、目前，辐射探测器所采用的材料有a-se，tlbr，cdznte等，而这些传统材料存在诸多不利因素限制了其广泛应用。比如，a-se对高能射线吸收率低，且在高于室温一定范围内，a-se材料会局部结晶失去光电转换功能，tlbr存在剧毒，cdznte的制备温度太高。除此之外，目前的半导体辐射探测器(a-se，tibr，cdznte，pbi2等)都需要额外增加电压才能有效工作。因此，从半导体辐射材料选择、制备工艺以及经济环保的角度考虑都需要对传统辐射探测器做进一步的改进。

3、铅基有机无机杂化钙钛矿是一款极具前景的辐射探测器吸收材料，但其稳定性较差，空气中易受氧气和水分影响分解。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种倒置结构的自驱动辐射探测器。主旨在于倒置点阵电极，表面整体覆盖碳电极，基于优异的能级匹配，实现无源自驱动探测；同时由于碳电极的极高稳定性和整体覆盖，隔离空气中的水分和氧气与吸收层直接接触，极高的提高了器件使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

3、本发明提供了一种倒置结构的自驱动辐射探测器，从底层依次为衬底层、第一电极、空穴传输层、x射线吸收层、电子传输层、第二电极；

4、第一电极全覆盖衬底层，空穴传输层、x射线吸收层、电子传输层、第二电极依次设置后与第一电极的边缘不重叠，其特征在于，所述x射线吸收层为铅基有机无机杂化钙钛矿。

5、上述技术方案中，第一电极和衬底层整体采用导电玻璃，第二电极材料采用石墨电极。

6、上述技术方案中，所述导电玻璃为ito、fto或azo及azo掺杂改性的导电玻璃。

7、上述技术方案中，所述空穴传输层为nio2或pedot。

8、上述技术方案中，所述电子传输层为sno2。

9、本发明还提供了一种倒置结构的自驱动辐射探测器的制备方法，包括如下步骤：

10、步骤1、对作为衬底和第一电极的ito导电玻璃进行清洗，并用氮气吹干并使用臭氧机器清洁备用；

11、步骤2、在步骤1清洗好的ito导电玻璃上进行激光刻蚀阵列电极，刻蚀参数为800mm/s，20mhz。

12、步骤3、在步骤2刻蚀好的ito导电玻璃上旋涂nio2，旋涂工艺为500r5s、2000r30s，150℃退火15分钟，nio2前驱体溶液溶剂为去离子水，nio2质量百分比为2wt％。

13、步骤4、使用刮涂方式，在步骤3旋涂好nio2的衬底上刮涂铅基有机无机杂化钙钛矿，铅基有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液浓度为2.77mol/l，衬底与前驱体溶液刮涂温度为100℃，刮涂完毕后100℃退火8h，得到铅基有机无机杂化钙钛矿衬底，刮涂与退火均在空气环境下完成；

14、步骤5、在步骤4退火完毕的铅基有机无机杂化双钙钛矿衬底上旋涂sno2，旋涂工艺为500r 5s、2000r 30s，60℃退火5分钟，得到sno2衬底，sno2前驱体溶液溶剂为邻二氯苯，sno2质量百分比为2wt％；

15、步骤6、在步骤5退火完毕的sno2衬底上，利用刮涂方式刮涂稀释碳浆溶液，稀释碳浆溶液为碳浆配比邻二氯苯，按碳浆：邻二氯苯(1：5)比例稀释，60℃退火20分钟。

16、步骤7、在步骤6退火完毕后利用小刀在边沿划掉部分薄膜，直至暴露出ito层，使用银线作为导线，银浆作为固定剂，分别引出第一电极ito、第二电极石墨，以供测试。

17、因为本发明采用上述技术手段，因此具备以下有益效果：

18、一、由于倒置结构设置阵列电极，表面为整体覆盖电极层，得益于石墨电极优异的稳定性能，可以隔绝空气中的水分与氧气与吸收层的直接接触，极高的提高的器件的稳定性能。使得器件适用寿命大幅增加。

19、二、由于器件整体优异的能级匹配，使吸收层的光生电子空穴对易分离出来，分别由电子传输层和空穴传输层转移至电极，使光信号转变为电信号。相比传统结构探测器，具有更加优异的自驱动性能。在无外加偏压下仍能实现高灵敏度的辐射探测信号。

20、三、在无外加偏压下，由于材料的选择构建起能级结构相近体系结构，电子-空穴对在界面处肖特基结构作用下分离，提取处吸收层产生的光生载流子，使光信号转变为电信号，以实现高灵敏度的辐射探测信号。

21、四、倒置结构指将通常的阵列电极由表面第二电极变为底部第一电极，第二电极变为全覆盖的碳浆，实现对吸收层的完全覆盖，该结构下可实现器件的高稳定性。

技术特征：

1.一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，从下至上依次为衬底层(1)、第一电极(2)、空穴传输层(3)、x射线吸收层(4)、电子传输层(5)、第二电极(6)；

2.根据权利要求1或2所述的一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，第一电极(2)采用导电玻璃和衬底层(1)采用石英玻璃，第二电极(6)的材料采用石墨电极。

3.根据权利要求2所述的一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述导电玻璃为ito、fto或azo及azo掺杂改性的导电玻璃。

4.根据权利要求3所述的一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，导电玻璃，利用光刻方式，在导电玻璃表面进行阵列电极刻蚀。

5.根据权利要求1所述的一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述空穴传输层(3)为nio2或pedot。

6.根据权利要求1所述的一种倒置结构的自驱动辐射探测器，其特征在于，所述电子传输层(5)为sno2。

7.一种倒置结构的自驱动辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明属于辐射探测领域，具体涉及一种倒置结构的自驱动辐射探测器。主旨在于倒置点阵电极，表面整体覆盖碳电极，基于优异的能级匹配，实现无源自驱动探测；同时由于碳电极的极高稳定性和整体覆盖，隔离空气中的水分和氧气与吸收层直接接触，极高的提高了器件使用寿命的目的，主要方案包括从底层依次为衬底层、第一电极、空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极，绝缘保护层；第一电极全覆盖衬底层，空穴传输层、X射线吸收层、电子传输层、第二电极依次设置后与第一电极的边缘不重叠，所述X射线吸收层为铅基有机无机杂化钙钛矿与银铋基有机无机杂化双钙钛矿的叠层。

技术研发人员：朱星宇,牛晓滨
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16