本發(fā)明屬于閃爍體探測器技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

隨著x射線探測技術(shù)的發(fā)展，閃爍體探測器成為目前研究最熱、應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)相結(jié)合，進(jìn)而實現(xiàn)比較理想的x射線圖像探測。目前，閃爍體探測器已經(jīng)在醫(yī)療、工業(yè)、安防等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，比如在醫(yī)療方面能夠使得介入、透視、造影等醫(yī)療手段圖像數(shù)字化；在工業(yè)方面能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測、無損探傷、煤礦勘探；在安防方面能夠用于地鐵、機(jī)場以及海關(guān)等諸多場所的安全檢查。故而，閃爍體探測器的應(yīng)用為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、保障人民健康做出了重大貢獻(xiàn)。

閃爍材料的作用主要是將x光轉(zhuǎn)換為可記錄的可見光，因此，閃爍材料的轉(zhuǎn)換效率和光產(chǎn)能以及其他參數(shù)會影響后續(xù)的光信號讀出?，F(xiàn)有技術(shù)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(chǎn)額高、光轉(zhuǎn)換效率好，容易與ccd進(jìn)行光譜匹配，具有可塑性，并且生產(chǎn)成本相對較低等優(yōu)異性能，在閃爍體x射線探測器中應(yīng)用最為廣泛。因而，有關(guān)摻鉈碘化銫薄膜制備工藝的研究也受到了越來越多的關(guān)注。例如：申請?zhí)枮閏n200910060112.5的中國專利《摻鉈碘化銫(csi∶tl)薄膜的一種制備方法》、申請?zhí)枮閏n201110442455.5的中國專利《微柱結(jié)構(gòu)csi(tl)x射線閃爍轉(zhuǎn)換屏的制備方法及其應(yīng)用》、申請?zhí)枮閏n201310269684.0的中國專利《摻鉈碘化銫薄膜表面缺陷處理方法》、申請?zhí)枮閏n201310499469.x的中國專利《一種摻鉈的碘化銫復(fù)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(tǒng)熱蒸發(fā)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(fā)生潮解現(xiàn)象，而潮解進(jìn)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(dǎo)致?lián)姐B碘化銫薄膜的光轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換性能保持優(yōu)異，這一技術(shù)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(biāo)均有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(zhuǎn)換性能夠保持優(yōu)異，進(jìn)而有利于提高x射線探測器的性能指標(biāo)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)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(jìn)一步地，鋁膜的厚度為200～300nm。

另一方面，本發(fā)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(jìn)一步地，鋁膜的厚度為200～300nm。

進(jìn)一步地，本發(fā)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(fā)源上，然后將潔凈干燥的襯底置于所述舟狀蒸發(fā)源上方載物臺，在真空環(huán)境下，加熱舟狀蒸發(fā)源使得摻鉈碘化銫粉末蒸發(fā)，通過旋轉(zhuǎn)蒸鍍在襯底表面鍍制摻鉈碘化銫薄膜；

步驟b：將反應(yīng)裝置內(nèi)氣壓恢復(fù)至常壓，采用鋁材作為蒸發(fā)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(shè)置，在真空環(huán)境下，加熱蒸發(fā)源使得鋁材蒸發(fā)，通過旋轉(zhuǎn)蒸鍍在摻鉈碘化銫薄膜表面鍍制鋁膜。

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

具體地，本技術(shù)方案的步驟a中加熱方式具體是通過對蒸發(fā)源通電流進(jìn)而加熱蒸發(fā)物質(zhì)，蒸鍍電流值為100a～120a。

具體地，本技術(shù)方案的步驟a中襯底距離舟狀蒸發(fā)源的垂直距離為15～30厘米。

具體地，本技術(shù)方案的步驟a中旋轉(zhuǎn)蒸鍍時襯底旋轉(zhuǎn)速率為25～35轉(zhuǎn)/分鐘。

具體地，本技術(shù)方案的步驟a中蒸鍍時間為90～120分鐘。

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

具體地，本技術(shù)方案的步驟b中加熱方式具體是通過對蒸發(fā)源通電流進(jìn)而加熱蒸發(fā)物質(zhì)，蒸鍍電流值為90a～120a。

具體地，本技術(shù)方案的步驟b中旋轉(zhuǎn)蒸鍍時襯底旋轉(zhuǎn)速率為25～35轉(zhuǎn)/分鐘。

具體地，本技術(shù)方案的步驟b中蒸鍍時間為10～15秒。

具體地，本技術(shù)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(jìn)行超聲清洗，清洗后采用氮氣吹干。

作為優(yōu)選實施方式，本技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)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(jìn)入摻鉈碘化銫薄膜，因此本發(fā)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(zhuǎn)換效率和空間分辨率等性能指標(biāo)的影響；鋁膜具有附著能力強、質(zhì)硬耐磨等優(yōu)勢，能夠有效地避免摻鉈碘化銫薄膜受到損傷；另外，本發(fā)明制備工藝簡單可控、成本低廉，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的抗潮解摻鉈碘化銫薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖及光路原理圖；

圖2為本發(fā)明所提供的抗潮解摻鉈碘化銫薄膜與傳統(tǒng)摻鉈碘化銫薄膜的穩(wěn)態(tài)熒光光譜對比圖。

具體實施方式

以下通過實施例并結(jié)合說明書附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，同時對本發(fā)明的原理和特性做進(jìn)一步的說明。本實施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)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(guān)閉鐘罩使得系統(tǒng)成為密封環(huán)境，抽取系統(tǒng)真空至3×10^-3，調(diào)節(jié)襯底轉(zhuǎn)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(fā)，襯底保持常溫，蒸鍍時間為90分鐘；csi分子和tli分子在蒸發(fā)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(xù)生長，逐漸生成連續(xù)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(jìn)行切割操作，使得襯底的大小為2.0cm×2.5cm。根據(jù)本領(lǐng)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(xù)制得摻鉈碘化銫薄膜的致密度、力學(xué)特性以及與玻璃載玻片之間的結(jié)合。因此，為了盡量降低污染物導(dǎo)致的薄膜質(zhì)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(jìn)行預(yù)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(shè)備進(jìn)行清洗，清洗完成后置于熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)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(fā)源，為了防止鉬舟中的雜質(zhì)對摻鉈碘化銫粉末造成污染，制備操作前也要對鉬舟進(jìn)行打磨、清洗和干燥處理。

步驟b：

將反應(yīng)裝置內(nèi)氣壓恢復(fù)至常壓，采用鋁絲作為蒸發(fā)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(shè)置，關(guān)閉鐘罩使得系統(tǒng)成為密封環(huán)境，抽取系統(tǒng)真空至5×10^-3，調(diào)節(jié)襯底轉(zhuǎn)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(fā)，襯底保持常溫，蒸鍍時間為10秒；鋁原子在蒸發(fā)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(xù)生長，在摻鉈碘化銫薄膜表面逐漸生成連續(xù)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(jié)構(gòu)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(yōu)越，故本發(fā)明抗潮解摻鉈碘化銫薄膜在運用時，應(yīng)當(dāng)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(zhuǎn)換效率。

實施例2：

傳統(tǒng)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(guān)閉鐘罩使得系統(tǒng)成為密封環(huán)境，抽取系統(tǒng)真空至3×10^-3，調(diào)節(jié)襯底轉(zhuǎn)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(fā)，襯底保持常溫，蒸鍍時間為90分鐘；csi分子和tli分子在蒸發(fā)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(xù)生長，逐漸生成連續(xù)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(jìn)行切割操作，使得襯底的大小為2.0cm×2.5cm。根據(jù)本領(lǐng)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(xù)制得摻鉈碘化銫薄膜的致密度、力學(xué)特性以及與玻璃載玻片之間的結(jié)合。因此，為了盡量降低污染物導(dǎo)致的薄膜質(zhì)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(jìn)行預(yù)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(shè)備進(jìn)行清洗，清洗完成后置于熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)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(fā)源，為了防止鉬舟中的雜質(zhì)對摻鉈碘化銫粉末造成污染，制備操作前也要對鉬舟進(jìn)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(jìn)行穩(wěn)態(tài)熒光光譜測試，測試流程是通過激發(fā)光源照射至薄膜樣品后，再經(jīng)過后續(xù)光路得到對應(yīng)輸出光的穩(wěn)態(tài)熒光光譜測試結(jié)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(jìn)行穩(wěn)態(tài)熒光光譜測試。

上述三者的穩(wěn)態(tài)熒光光譜測試結(jié)果如圖2所示，從圖2中可以看出：傳統(tǒng)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?qū)射線的光轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生大幅下降，光轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)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(jié)果可以得出：在考慮到鋁膜對光吸收反射的影響后，本發(fā)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(xiàn)象的發(fā)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。