全无机后钙钛矿材料、X射线探测器及其制备方法

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种全无机后钙钛矿材料、x射线探测器及其制备方法。

背景技术：

1、x射线检测对医学成像、安防检查和无损检测具有重要意义。目前，常用的x射线探测器分为两类，一类是利用闪烁体材料先将高能辐射信号转化为可见光信号，再利用基于si等传统光电探测器对可见光进行探测，进而间接获得与辐射信号的间接x射线探测器，该方法具有辐照剂量低等优点，但是由于闪烁体材料光转化过程中的光损失，会造成探测器成像质量差等固有缺陷；另一类是通过x射线在材料中直接激发电子-空穴对获得光电流，从而可以直接探测到与高能辐射相关的信号的直接x射线探测器。相比间接x射线探测器，直接x射线探测器由于不涉及光转化过程，因此成像质量更好。但上述这些材料为基础的已商业化的x射线探测器在工作温区宽度、耐辐照强度、低成本化和环境友好等方面都急需得到改进。

2、目前，基于铅基卤素钙钛矿的x射线探测器快速发展，成为很有潜力的探测材料。其中，有机-无机杂化钙钛矿通常具有很高的载流子迁移率寿命乘积以及较强的x射线吸收性能，通过证实比市售的si、α-se辐射探测器具有相当或更好的灵敏度。但有机-无机杂化钙钛矿材料由于结构的特殊性，在高温和高湿环境下稳定性差，严重影响了基于有机-无机杂化钙钛矿材料的x射线探测器的性能及其稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，用于解决现有技术中以有机-无机杂化钙钛矿为主的光电器件中存在铅基毒性及稳定性差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供一种全无机后钙钛矿材料，全无机后钙钛矿材料的分子式为abcd2，a代表过渡金属元素，b代表va族三价阳离子，c代表via族二价阴离子，d代表一价卤素阴离子。

3、优选地，a为cu、ag中的至少一种，b为sb、bi中的至少一种，c为s、se中的至少一种，d为cl、br中的至少一种。

4、优选地，全无机后钙钛矿材料为cubiscl2。

5、相应地，本发明还提供一种如上任意一项的全无机后钙钛矿材料的制备方法，方法包括：

6、s10，以a源、b源、c源、d源作为原料，按照abcd2半导体材料的化学计量比进行称量和混合，得到混合粉体；

7、s20，对混合粉体进行真空烧结处理，得到全无机后钙钛矿材料。

8、优选地，s10步骤中，a源和d源的分子式均为ad，b源的分子式为bdb，c源的分子式为bccd，其中，b=3，c＝2，d＝3。

9、优选地，s20步骤中，真空烧结处理中，烧结温度为350～500℃，烧结时间为10~40h，升温速率为20～40℃/小时。

10、相应地，本发明又提供一种x射线探测器，包括光电半导体层，光电半导体层由如上任一项的全无机后钙钛矿材料或者如上任一项全无机后钙钛矿材料的制备方法所制得全无机后钙钛矿材料制备而成。

11、优选地，x射线探测器还包括设置于光电半导体层上的电极组件，电极组件包括第一电极以及第二电极；

12、其中，第一电极以及第二电极均位于光电半导体层的同一面，或者，第一电极以及第二电极分别位于光电半导体层的两个相对侧面。

13、优选地，第一电极以及第二电极的材料均包括金、银以及碳中的任意一种，第一电极以及第二电极的厚度均为100-300nm。

14、相应地，本发明又提供一种如上任一项的x射线探测器的制备方法，方法包括：在光电半导体层上沉积形成电极组件，得到x射线探测器。

15、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种全无机后钙钛矿材料、x射线探测器及其制备方法，上述全无机后钙钛矿材料的分子式为abcd2，a代表过渡金属元素，b代表va族三价阳离子，c代表via族二价阴离子，d代表一价卤素阴离子；本发明首次采用结构为后钙钛矿的abcd2作为x射线探测器的直接探测材料，基于其高载流子迁移率寿命积、组分不含铅及特殊的材料结构，且制备工艺简单，成本低，环境友好等显著特点，最终得到了基于全无机后钙钛矿的x射线探测器件，有效提高了x射线探测器件在高温高湿环境下的稳定性。

技术特征：

1.一种全无机后钙钛矿材料，其特征在于，所述全无机后钙钛矿材料的分子式为abcd2，a代表过渡金属元素，b代表va族三价阳离子，c代表via族二价阴离子，d代表一价卤素阴离子。

2.根据权利要求1所述的全无机后钙钛矿材料，其特征在于，所述a为cu、ag中的至少一种，所述b为sb、bi中的至少一种，所述c为s、se中的至少一种，所述d为cl、br、i中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的全无机后钙钛矿材料，其特征在于，所述全无机后钙钛矿材料为cubiscl2。

4.一种如权利要求1至3任意一项所述的全无机后钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的全无机后钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述s10步骤中，所述a源和所述d源的分子式均为ad，所述b源的分子式为bdb，所述c源的分子式为bccd，其中，b=3，c＝2，d＝3。

6.根据权利要求4所述的全无机后钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述s20步骤中，所述真空烧结处理中，烧结温度为350～500℃，烧结时间为10~40h，升温速率为20～40℃/小时。

7.一种x射线探测器，其特征在于，包括光电半导体层，所述光电半导体层由如权利要求1～3任一项所述的全无机后钙钛矿材料或者如权利要求4~6任一项所述全无机后钙钛矿材料的制备方法所制得全无机后钙钛矿材料制备而成。

8.根据权利要求7所述的x射线探测器，其特征在于，所述x射线探测器还包括设置于所述光电半导体层上的电极组件，所述电极组件包括第一电极以及第二电极；

9.根据权利要求8所述的x射线探测器，其特征在于，所述第一电极以及所述第二电极的材料均包括金、银以及碳中的任意一种，所述第一电极以及所述第二电极的厚度均为100-300nm。

10.一种如权利要求7~9任一项所述的x射线探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明提供了一种全无机后钙钛矿材料、X射线探测器及其制备方法，上述全无机后钙钛矿材料的分子式为ABCD<subgt;2</subgt;，A代表过渡金属元素，B代表VA族三价阳离子，C代表VIA族二价阴离子，D代表一价卤素阴离子；本发明首次采用结构为后钙钛矿的ABCD<subgt;2</subgt;作为X射线探测器的直接探测材料，基于其高载流子迁移率寿命积、组分不含铅及特殊的晶体结构，且制备工艺简单，成本低，环境友好等显著特点，最终得到了基于全无机后钙钛矿的X射线探测器件，有效提高了X射线探测器件在高温高湿环境下的稳定性。技术研发人员：夏梦玲,李雨竹,况栓,许银生受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2