二维杂化钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法、X射线探测器

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法、x射线探测器。

背景技术：

1、钙钛矿材料由于其优异的光物理性质，如光学性质可调、吸收系数大、缺陷密度低、载流子扩散长度长等，而得到了广泛的研究。这些性质使钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、激光器和光探测器等方面的应用具有巨大的潜力。

2、近年来，钙钛矿单晶的合成方法主要有缓慢蒸发法、逆温度生长法、反溶剂蒸发辅助法，降温析晶法等，常用的方法为降温析晶法和缓慢蒸发法。二维钙钛矿材料因其具有激子结合能大、光致发光量子产率（plqy）高、结晶度高、稳定性好等特殊性能而备受关注。二维钙钛矿中的缺陷主要取决于其成分、直径或厚度和加工方法，这些因素对二维材料的性能有很大的影响。然而，二维钙钛矿具有天然的量子阱结构，层与层之间的弱相互作用和强各向异性，使得不同方向上原子的堆积速度不同，导致制备的二维钙钛矿单晶往往厚度较薄（小于3mm），难以对x射线充分吸收，大大降低了探测效率，没有发挥二维钙钛矿的本征光电优势。

3、因此，亟需一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法、x射线探测器，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，用于解决现有技术中二维杂化钙钛矿单晶生长困难，稳定性差、且厚度较薄导致x射线探测器的探测灵敏度降低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，方法包括：

3、s10，提供一限域模板，在限域模板中引入包含二维杂化钙钛矿的饱和前驱体溶液和二维钙钛矿单晶；

4、s20，根据二维钙钛矿单晶的生长情况向限域模板内继续添加饱和前驱体溶液，并控制反应条件使二维钙钛矿单晶在限域模板内生长至预定厚度，预定厚度为0.1~10mm；

5、s30，去除限域模板，得到具有预定厚度的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体。

6、优选地，s10步骤具体包括：

7、s101，按名义化学剂量比将有机胺溴盐和溴化铅共同溶解于有机溶剂中，并充分搅拌形成包含二维杂化钙钛矿的第一饱和溶液；

8、s102，对第一饱和溶液进行挥发溶剂结晶法处理，固液分离后，得到二维杂化钙钛矿籽晶以及饱和前驱体溶液；

9、s103，将二维杂化钙钛矿籽晶重新加入到饱和前驱体溶液中，并通过挥发溶剂结晶法生长得到二维钙钛矿单晶；

10、s104，提供限域模板，在限域模板中依次添加二维钙钛矿单晶以及饱和前驱体溶液，直至二维钙钛矿单晶铺满限域模板的底部。

11、优选地，s101步骤中，有机溴盐和溴化铅的质量比为0.3:1~4:1，第一饱和溶液的浓度为0.1~5mol/l。

12、优选地，有机溴盐包括苯甲胺氢溴酸盐、苯乙胺氢溴酸盐以及丁基胺氢溴酸盐中的任意一种；有机溶剂为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮以及n-乙基吡咯烷酮中的至少一种。

13、优选地，s103步骤中，通过挥发溶剂结晶法生长得到二维钙钛矿单晶的生长温度为15～35℃，处理时间不低于1周。

14、优选地，s104步骤中，限域器皿的底面积大于二维钙钛矿单晶的面积。

15、优选地，s20步骤中，二维钙钛矿单晶的生长时间不低于1周。

16、优选地，s30步骤中，采用反溶剂对二维钙钛矿单晶进行清洗处理，干燥后得到二维杂化钙钛矿单晶闪烁体；

17、其中，反溶剂为甲苯、氯苯以及二氯甲烷中的至少一种。

18、相应地，本发明还提供一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体，由如上任一项的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法制备而成；

19、其中，二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的化学式为a2pbbr4，a代表苯甲胺或者苯乙胺。

20、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二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法所制得的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体或者如上所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体制备而成。

21、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了二维杂化钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法、x射线探测器，上述二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法包括：首先，提供一限域模板，在限域模板中引入包含二维杂化钙钛矿的饱和前驱体溶液和二维钙钛矿单晶；其次，根据二维钙钛矿单晶的生长情况向限域模板内继续添加饱和前驱体溶液，并控制反应条件使二维钙钛矿单晶在限域模板内生长至预定厚度，预定厚度为0.1~10mm；最后，去除限域模板，得到具有预定厚度的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体。本发明提供的制备方法将二维钙钛矿单晶转移至限域模板中继续进行单晶生长，通过限域模板的容器壁的限制，限制二维钙钛矿单晶向四周生长而只能出现纵向生长，增加了二维钙钛矿单晶材料的厚度，从而通过限域法实现了对二维杂化钙钛矿单晶闪烁体厚度的控制，提高了上述二维杂化钙钛矿单晶闪烁体制备的x射线探测器对x射线的吸收能力，进而提高了x射线探测器的能量分辨率、探测效率；同时，本发明提供的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法具有操作简单、可重复性高、设备要求低、无需昂贵的各种反应装置等优点，可快捷、经济、绿色地合成厚度可调的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体，有望产生良好的社会和经济效益。

技术特征：

1.一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s10步骤具体包括：

3.根据权利要求2所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s101步骤中，所述有机溴盐和溴化铅的质量比为0.3:1~4:1，所述第一饱和溶液的浓度为0.1~5mol/l。

4.根据权利要求3所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述有机溴盐包括苯甲胺氢溴酸盐、苯乙胺氢溴酸盐以及丁基胺氢溴酸盐中的任意一种；所述有机溶剂为二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮以及n-乙基吡咯烷酮中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s103步骤中，通过挥发溶剂结晶法生长得到所述二维钙钛矿单晶的生长温度为15～35℃，处理时间不低于1周。

6.根据权利要求2所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s104步骤中，所述限域器皿的底面积大于所述二维钙钛矿单晶的面积。

7.根据权利要求1所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s20步骤中，所述二维钙钛矿单晶的生长时间不低于1周。

8.根据权利要求1所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法，其特征在于，所述s30步骤中，采用反溶剂对所述二维钙钛矿单晶进行清洗处理，干燥后得到所述二维杂化钙钛矿单晶闪烁体；

9.一种二维杂化钙钛矿单晶闪烁体，其特征在于，由如权利要求1至8任一项所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法制备而成；

10.一种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1~8任一项所述二维杂化钙钛矿单晶闪烁体的制备方法所制得的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体或者如权利要求9所述的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体制备而成。

技术总结本发明提供了二维杂化钙钛矿单晶闪烁体及其制备方法、X射线探测器，上述制备方法包括：首先，提供一限域模板，在限域模板中引入包含二维杂化钙钛矿的饱和前驱体溶液和二维钙钛矿单晶；其次，根据二维钙钛矿单晶的生长情况向限域模板内继续添加饱和前驱体溶液，并控制反应条件使二维钙钛矿单晶在限域模板内生长至预定厚度，预定厚度为0.1~10mm；最后，去除限域模板，得到具有预定厚度的二维杂化钙钛矿单晶闪烁体。本方法通过创新的限域技术与动态化学补给策略的融合，克服了传统晶体生长过程中各向异性的挑战，特别是有效抑制了横向高能面的过度生长，确保了单晶的厚度，提高了制备的X射线探测器对X射线的吸收能力。技术研发人员：夏梦玲,张宇浩,刘嘉琦,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：2024/9/17