CsI:Tl閃爍薄膜直接集成可見光探測器的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及X射線成像探測領域，特別是一種Cs1:T1閃爍薄膜直接集成可見光探測器的方法。
【背景技術】
[0002]X射線成像探測器在醫學、安檢、工業檢測及科研領域都有廣泛的應用前景。醫學診斷方面，X射線計算機斷層掃描儀(XCT)、正電子發射斷層掃描儀(PET)、單光子發射斷層掃描儀(SPECT)等診斷設備在影像醫學領域占據著不可替代的位置;安檢方面，雙能射線成像、X射線CT、能量色散X射線衍射成像技術(EXDT)等透視成像技術可快速有效地探測出違禁物品;無損檢測方面，工業CT技術就被廣泛應用于熱乳無縫鋼管的在線測試、發動機檢測以至大型火箭的整體測試中。
[0003]數字X射線成像探測器是X射線探測領域目前研究的熱點，主要由X射線轉換層和信號探測器組成，其技術原理在中國專利03110679.X “X射線探測器”、中國專利0220381.8“數字X射線圖象探測器”、中國專利200310117321.1 “數字化X射線機的多線陣探測器”和中國專利200510087427.0“X射線探測器和具有X射線探測器的計算機斷層造影設備”中都有介紹。根據X射線轉換層與入射X射線相互作用方式的不同，數字X射線成像探測器可分為直接式和間接式，前者直接將入射的X射線轉換為電荷信號，而后者則利用閃爍屏將入射的X射線轉換為可見熒光后再由可見光探測器進行探測。數字X射線成像探測技術作為近年來研究的熱點，大多基于間接式X射線成像探測技術，如中國專利CN200910086628.7“基于高靈敏線陣列探測器的便攜式X射線探測儀”、中國專利CN00135759.XO“用于CT的二維X射線探測器陣列”和中國專利CN201280056214.X“X射線探測裝置”中提到的X射線成像探測裝置。閃爍成像探測技術是一種典型的間接式X射線成像探測技術，其X射線轉換屏主要由無機閃爍體制備而成，如Cs1:T1;信號探測器主要是可見光探測器件，常用的有光電二極管陣列、CCD和CMOS等。閃爍成像探測器中的閃爍屏和可見光探測器的耦合方式有利用粘合劑粘合、透鏡耦合等，這兩種耦合工藝分別在中國專利CN201310583992.0 “X射線探測元件”和中國專利CN201410291013.9“一種X射線探測基板及其制備方法、X射線探測設備”有提到。但不管是粘合劑粘合還是透鏡耦合都會損耗部分轉換熒光。
[0004]因此，若利用閃爍屏薄膜的本身對襯底的附著性直接將薄膜閃爍屏制備在可見光探測器表面上，則可以避免耦合產生的熒光損耗，提高探測器的光產額和空間分辨率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種直接在可見光探測器件的硅感光表面制備連續致密Cs1:T1閃爍薄膜的方法，這種方法不僅可以提高閃爍成像探測器的光產額，還可以有效地減小器件的體積實現集成化。
[0006]本發明技術方案如下:
[0007]—種Cs1: Tl閃爍薄膜直接集成可見光探測器的方法，在可見光探測器件的硅表面上直接制備連續的Cs1:Tl薄膜閃爍屏，包括以下步驟:
[0008](a)保護可見光探測器件:用保護膜將可見光探測器件的除硅感光面外的其他表面都粘貼嚴實；防止Cs1: Tl氣體分子在沉積的過程中附著在這些表面上影響可見光探測器的器件性能。
[0009](b)清洗可見光探測器件表面:分別使用丙酮、無水乙醇和去離子水清洗可見光探測器的硅感光面，放入熱風循環干燥箱內烘干備用；
[0010](C)制備Cs 1: Tl閃爍薄膜的原料選取純度99.99%、TI含量約為1.0mol %的Cs 1: Tl粉末，由光學性能良好的Cs1:T1塊材碾磨而成，蒸發源選取鉬舟。利用真空熱蒸鍍方式在可見光探測器的硅感光表面上制備Cs1:T1薄膜閃爍屏:將備用的可見光探測器固定在鍍膜機真空室的工件盤上，使探測器的硅感光面朝向蒸發源，并調整蒸發源到探測器硅感光面的間距，待真空室的真空度達預定值后，先在硅感光面上沉積一層Cs1: Tl過渡層，對過渡層進行低溫快速退火后，再繼續Cs1:Tl的蒸鍍工藝，直至薄膜厚度達到預定值；
[0011](d)Cs1:Tl薄膜閃爍屏的制備工藝完成后，先在真空環境中靜置后再存儲于熱風循環干燥箱內。
[0012]作為優選方式，步驟(a)中所述的保護膜為加成型聚酰亞胺薄膜，耐高溫溫度范圍為300?380°C，在低于380°C時不留殘膠。這類保護膜具有耐化學性和耐熱性，可保護可見光探測器的器件性能不被損壞。
[0013]作為優選方式，步驟(b)中，在熱風循環干燥箱內烘干時，利用干燥箱的鼓風系統驅動箱內氮氣循環形成穩定的氮氣環境，所述烘干溫度為25?30°C，所述鼓風系統功率為370W。該烘干溫度既可快速烘干可見光探測器又不因溫度過高破壞可見光探測器的器件性會K。
[0014]作為優選方式，步驟(c)中，蒸發源和工件盤的間距為10?15cm。
[0015]作為優選方式，所述的蒸發源選用鉬舟。
[0016]作為優選方式，步驟(c)中，真空室的真空度的預定值為8.0X 10—4Pa?1.0 X 10—
3Pa0
[0017]作為優選方式，步驟(c)中，在薄膜沉積過程中，離子轟擊電流為100?150mA，離子轟擊時間為10?15分鐘，工件盤轉速為25?30轉/分，蒸發電流為80?90mA。若轟擊電流過高或時間過長會破壞可見光探測器的感光面結構，進而影響可見光探測器的器件性能；由于本操作的薄膜沉積過程中襯底未加熱，蒸發電流過高或過低會影響薄膜微結構，從而降低薄膜的連續致密性。
[0018]作為優選方式，步驟(c)中，所述對過渡層進行低溫快速退火時，退火溫度為40?45°C，退火時間為60?90分鐘。
[0019]作為優選方式，步驟(d)中，將薄膜在真空環境中靜置8?10小時。可使薄膜的晶體結構完全穩定。
[0020]本發明的有益效果為:制備工藝簡單、費用低廉，無需利用粘合劑粘合或透鏡耦合等手段耦合閃爍薄膜和可見光探測器，直接在可見光探測器的硅感光表面制備Cs1:T1閃爍薄膜，不僅可以避免以上耦合手段帶來的轉換熒光的損耗，提高光產額，還減小了探測器設備的體積，對集成化X射線成像探測器的開發具有重要意義。因此，直接將閃爍屏制備在可見光探測器表面不僅可以避免這部分損耗提高光產額，還可以減小X射線探測設備的體積，對實現設備集成化、便攜化具有很重要的意義。
【附圖說明】
[0021]圖1分別為實施例中在玻璃襯底和探測器硅感光表面上制備完成的CsI= Tl薄膜閃爍屏的表面結構的SM圖；
[0022]圖2為實施例中在玻璃襯底和探測器硅感光表面上制備完成的Cs1:T1薄膜閃爍屏的光輸出對比圖；
[0023]圖3為實施例中在玻璃襯底和探測器硅感光表面上制備完成的Cs1:T1薄膜閃爍屏的實物成像對比圖；
[0024]圖4為本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0026]本發明是通過直接在可見光探測器表面制備閃爍薄膜來克服粘合劑粘合或透鏡耦合等耦合手段帶來的轉換熒光損耗的缺陷，實現閃爍薄膜轉換的熒光全部直接被可見光探測器接收。
[0027]實施例
[0028]—種Cs1: Tl閃爍薄膜直接集成可見光探測器的方法，在可見光探測器件的硅表面上直接制備連續的Cs1:Tl薄膜閃爍屏，包括以下步驟:
[0029](a)保護可見光探測器件:用保護膜將可見光探測器件的除硅感光面外的