CN101967678A - 掺铊碘化铯(CsI:T1)薄膜的一种制备方法 - Google Patents

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张佳宁
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Abstract

本发明涉及功能薄膜材料制备技术，提供了掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法。提供了一种制备掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的方法，采用热蒸发方式实现对50～100μm掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备，在衬底上制备出均匀、致密、与衬底粘附良好、与CMOS工艺兼容、性能优良的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜，可被广泛应用于X射线探测器。

Description

掺铊碘化铯(CsI:T1)薄膜的一种制备方法
技术领域
本发明涉及功能薄膜材料制备技术，提供了掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的一种制备方法。
背景技术
自从X光被伦琴发现以来，它在人类面前展示了越来越广泛的用途，从最初的X光感光底片照片到后来的X光光电探测器件，从航空航天到高能物理，从军事到医疗再到安检设备，从生产到生活再到科学研究、宇宙探寻，这种可怕的射线显示出它独有的魅力。而其中，X射线用于的探测技术更是当中最为重要的发展方向。
CsI:Tl是一种性能优异的闪烁体材料，不但光产额高而且辐照强度好，易于同硅光电管进行光谱匹配，且机械性能优良，生产成本相对较低，同时能像光导纤维一样被激发。利用CCD作为图像记录的X光探测系统中，所用CsI:Tl的作用是将X光转换为可记录的可见光，其各项性能直接影响后面的图像处理结果。现阶段，我国在X光的探测方面所用到的闪烁体材料，无论是CsI:Tl还是NaI:Tl都还停留在块材的阶段，在中国专利94112210.7“下降法生长大尺寸碘化铯(CsI)晶体新技术”、中国专利97112901.0“基于碘化铯的闪烁材料及其制备方法”、中国专利200310109480.7“以单质粉末为脱氧剂的掺铊碘化铯晶体生长技术”和中国专利96116387.9“非真空下降法生长掺铊碘化铯晶体的工艺技术”中都是制备碘化铯晶体的新技术和新工艺，碘化铯晶体的制备技术已经非常成熟，但是国内还未见制备掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的报道。由于掺铊碘化铯晶体做为块状材料在应用上存在缺陷，即：体积较大、不轻便、不易集成化、与探测器相连需要额外的连接设备(如光导纤维)等。所以用于X射线探测以及其他领域应用的CsI:Tl晶体，体积较大，各方面性能也有待提高，特别是在集成化方面有着很大的不足。
因此，将CsI:Tl晶体薄膜化，使它在薄膜级别的性能保持优异，对此后它与X射线探测器件的结合有重要的意义。
发明内容
本发明为了克服上述的不足，提出了热蒸发的方法来实现对掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备，在衬底上制备出均匀、致密、与衬底粘附良好、与CMOS工艺兼容、性能优良的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜。
附图说明
附图1为热蒸发法制备CsI:Tl薄膜的工艺流程图
附图2为蒸发舟结构示意图1：钼舟；2：蒸发电极；3：CsI(Tl)粉末。
附图3为蒸发舟示意图(1)蒸发舟侧面图；1为5～7cm；(2)蒸发舟俯视图L为8～12cm；D为3～6cm
附图4为真空蒸发室结构示意图1：钼舟；2：蒸发电极；3：CsI(Tl)粉末；4：衬底基片；5：蒸发室
具体实施方案
(1)原材料的选取
本发明选用的原材料是纯度均为99.99％的CsI和TlI晶体，镀膜前将两种晶体混和在一起，混和晶体中二者摩尔比大致为1000/(0.5～5.0)
(2)衬底的选取
选用了P型单晶Si、n型单晶Si、玻璃材料和镀有二氧化硅薄膜的P型单晶硅三种基片作为衬底。
(3)蒸发舟的制作
选用了金属钼为材料，制成舟状容器，固定在蒸发电极上。
(4)热蒸发
热蒸发系统采用钨作为螺旋状的电阻加热源，对基片进行电阻加热。将需要镀膜的衬底上架，同时采用钼舟为蒸发源，钼舟固定在电阻丝上，把CsI(Tl)粉末均匀的撒在舟上。降下钟罩使其完全密合，低真空抽至1.3Pa，调整充气针阀使气压维持在6.7Pa，进行离子轰击15分钟以上，且轰击电流维持在100mA以上；蒸发时旋转基片架；蒸发电流小于500mA，大于100mA，此时，蒸镀室的真空度被抽到5.6×10-3pa左右，蒸镀完毕之后，保持系统原有的大气压约10小时，再取出基片。
本发明的优点：薄膜制备过程简单、费用低廉，制备的薄膜均匀和连续性好、易于集成化，克服了传统掺铊碘化铯晶体做为块状材料在应用上存在的体积较大、不轻便、不易集成化、与探测器相连需要额外的连接设备(如光导纤维)的缺点，可以有力的推动X射线探测器集成化的发展。

Claims (5)

1.掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法，包括(1)原材料的选取、(2)衬底的选取、(3)蒸发舟的制作、(4)通过热蒸发法制备(CsI:Tl)薄膜；其中热蒸发法制备薄膜的过程包括(5)固定衬底和蒸发舟，添加蒸发材料、(6)抽真空、(7)蒸发、(8)取件。
2.按权利要求1所述的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法，其特征在于原材料是纯度均为99.99％的CsI和TlI晶体，其混和晶体中二者摩尔比大致为1000/(0.5～5.0)。
3.按权利要求1所述的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法，其特征在于所选取的硅三种不同的材料作为衬底分别为：p型单晶Si、n型单晶Si、玻璃材料和镀有二氧化硅薄膜的P型单晶硅。
4.按权利要求1所述的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法，其特征在于蒸发舟以金属钼为材料，制成图2所示的舟状容器(1)，夹在蒸发电极(2)之间，用以盛放蒸发材料(3)。
5.按权利要求1所述的掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的制备方法，其特征在于通过热蒸发制备掺铊碘化铯(CsI:Tl)薄膜的条件包括：采用钨作为螺旋状的电阻蒸发源，对基片进行电阻加热。低真空抽至1.3Pa，调整充气针阀使气压维持在6.7Pa，进行离子轰击15分钟以上，且轰击电流维持在100mA以上；蒸发时旋转基片架附(图4中(4))，电流小于500mA，大于100mA。
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