CN103700423A - 一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，该闪烁屏包括衬底和闪烁体，所述的闪烁体采用晶体填充工艺成型于衬底表面，所述的闪烁屏的制备方法包括如下步骤：a）衬底的表面刻蚀，b）配制闪烁体原料，c）制备闪烁体，d）闪烁屏后处理。本发明揭示了一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，该闪烁屏结构设计合理，制备过程科学、成本适中，在其制备过程中使用电化学腐蚀法处理n型单晶硅片，并在硅片表面建立起高密度微通道阵列结构，有效的解决了碘化铯闪烁屏成像分辨率差、X射线剂量偏大等问题。
Description
技术领域
本发明属于一种碘化铯闪烁屏及其制备方法，尤其涉及一种可有效提高成像分辨率的波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，属于碘化铯闪烁屏技术领域。
背景技术
自从X光被伦琴发现以来，它的用途也越来越广泛，从最初的X光感光照片到后来的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，这种射线越来越显示出它独有的魅力。无机闪烁体材料在X射线辐射探测中起着非常重要的作用，目前研究和应用最多的无机闪烁体材料是碘化铯，该种材料具有转换效率高、动态范围广、空间分辨率高、环境适应性强以及优良的机械性能和相对较低的生产成本等优点。
波导型闪烁屏的概念是建立在微通道阵列的基础上，是通过利用闪烁晶体将X射线转化为可见光建立起来的。2002年，瑞典人已经研制出较为先进的波导屏，他们利用DRIE设备在硅衬底上刻蚀出孔深238um、孔径45um的微通道阵列结构，将闪烁晶体置于微通道中制得波导屏。而在我国，由于DRIE设备较为昂贵，波导屏的制备成本较高，在该技术领域与国外存在较大差距。
发明内容
针对上述需求，本发明提供了一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，该闪烁屏结构设计合理，在其制备过程中使用电化学腐蚀法处理n型单晶硅片，在硅片表面建立高密度微通道阵列结构，解决了碘化铯闪烁屏成像分辨率差、X射线剂量偏大等问题。
本发明是一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法 ，所述的衬底材质为n型单晶硅片，闪烁体的主要成分为碘化铯和碘化铊。
在本发明一较佳实施例中，所述的制备方法包括如下步骤：a）衬底的表面刻蚀，b）配制闪烁体原料，c）制备闪烁体，d）闪烁屏后处理。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤a）中，衬底的直径约为100mm，厚度约为0.55mm; 刻蚀过程如下：首先，对硅片进行打磨、抛光以及表面氧化处理，在硅片表面形成一层二氧化硅保护膜；然后，将硅片浸入浓度为10%的HF溶液中处理5-8分钟，取出后使用丙酮和无水乙醇冲净，并在烘箱中进行烘干处理；接着，将处理后的硅片安置在电解池中，硅片作为阳极，金属铂丝网作为阴极，刻蚀面与电解液面接触，背面使用卤素灯进行光激发，光照电压控制在4-10V；最后，倒入电解液，工作电压控制在0.4-0.6V，温度控制在20℃左右，腐蚀5-6小时。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤d）中，闪烁体原料为碘化铯和碘化铊的固体状粉末，碘化铊的含量控制在2000-2500ppm。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤c）中，首先，将闪烁体原料覆盖在衬底的上表面，原料的覆盖厚度控制在1.2-1.5倍的衬底厚度；然后，对加热室进行抽真空，真空度控制在10 
-10
torr；接着，使用电阻丝辐射加热装置对衬底进行整体加热，加热温度控制在650℃-1200℃，升温时间控制在4-6分钟；最后，保温10-15分钟后，通入氮气冷却至室温。
在本发明一较佳实施例中，所述的步骤d）中，后处理工艺包括打磨抛光处理和低温退火处理；打磨抛光处理后的闪烁体厚度控制在120-150um；低温退火处理时的加热温度控制在200-220℃，保温时间为3-4小时后在炉内缓冷至室温。
本发明揭示了一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，该闪烁屏结构设计合理，制备过程科学、成本适中，在其制备过程中使用电化学腐蚀法处理n型单晶硅片，并在硅片表面建立起高密度微通道阵列结构，有效的解决了碘化铯闪烁屏成像分辨率差、X射线剂量偏大等问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例波导型碘化铯闪烁屏的结构示意图；
图2是本发明实施例波导型碘化铯闪烁屏制备方法的工序步骤图；
附图1中各部件的标记如下： 1、衬底，2、闪烁体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，为本发明实施例波导型碘化铯闪烁屏的结构示意图；该闪烁屏包括衬底1和闪烁体2，所述的闪烁体2采用晶体填充工艺成型于衬底1表面；衬底1材质为n型单晶硅片，闪烁体2的主要成分为碘化铯和碘化铊。
如图2所示，为本发明实施例波导型碘化铯闪烁屏制备方法的工序步骤图；该制备方法包括如下步骤：a）衬底的表面刻蚀，b）配制闪烁体原料，c）制备闪烁体，d）闪烁屏后处理。
实施例
具体制备过程如下：
a）衬底的表面刻蚀，衬底选用n型单晶硅片，直径约为100mm，厚度约为0.55mm; 刻蚀过程如下：首先，对硅片进行打磨、抛光以及表面氧化处理，在硅片表面形成一层二氧化硅保护膜；然后，将硅片浸入浓度为10%的HF溶液中处理5-8分钟，除去二氧化硅掩护膜，取出后使用丙酮和无水乙醇冲净，并在烘箱中进行烘干处理；接着，将处理后的硅片安置在电解池中，硅片作为阳极，金属铂丝网作为阴极，刻蚀面与电解液面接触，背面使用卤素灯进行光激发，光照电压控制在4-10V；最后，倒入电解液，工作电压控制在0.4-0.6V，温度控制在20℃左右，腐蚀5-6小时，制得孔深380-400um、孔径5-10um的微通道阵列结构；上述电解液的主要成分为氢氟酸、乙醇溶液和去离子水，三者比例约为1：1：10；
b）配制闪烁体原料，闪烁体原料为固体状粉末，主要成分为碘化铯和碘化铊，碘化铊的含量控制在2000-2500ppm；
c）制备闪烁体，首先，将闪烁体原料覆盖在衬底的上表面，原料的覆盖厚度控制在1.2-1.5倍的衬底厚度；然后，对加热室进行抽真空，真空度控制在10
-10
torr；接着，使用电阻丝辐射加热装置对衬底进行整体加热，加热温度控制在650℃-1200℃，升温过程缓慢进行，时间控制在4-6分钟；最后，保温10-15分钟后，通入氮气冷却至室温；
d）闪烁屏后处理，后处理工艺包括打磨抛光处理和低温退火处理；打磨抛光处理是用于去除残留在衬底表面的闪烁体原料，处理后的闪烁体厚度控制在120-150um；低温退火处理时的加热温度控制在200-220℃，保温时间为3-4小时后在炉内缓冷至室温。
本发明揭示了一种波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，其特点是：该闪烁屏结构设计合理，制备过程科学、成本适中，在其制备过程中使用电化学腐蚀法处理n型单晶硅片，并在硅片表面建立起高密度微通道阵列结构，有效的解决了碘化铯闪烁屏成像分辨率差、X射线剂量偏大等问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种波导型碘化铯闪烁屏，其特征在于，该闪烁屏包括衬底和闪烁体，所述的闪烁体采用晶体填充工艺成型于衬底表面。
2.根据权利要求1所述的波导型碘化铯闪烁屏及其制备方法，其特征在于，所述的衬底材质为n型单晶硅片，闪烁体的主要成分为碘化铯和碘化铊。
3.根据权利要求1所述的波导型碘化铯闪烁屏的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：a）衬底的表面刻蚀，b）配制闪烁体原料，c）制备闪烁体，d）闪烁屏后处理。
4.根据权利要求3所述的波导型碘化铯闪烁屏的制备方法，其特征在于，所述的步骤a）中，衬底的直径约为100mm，厚度约为0.55mm; 刻蚀过程如下：首先，对硅片进行打磨、抛光以及表面氧化处理，在硅片表面形成一层二氧化硅保护膜；然后，将硅片浸入浓度为10%的HF溶液中处理5-8分钟，取出后使用丙酮和无水乙醇冲净，并在烘箱中进行烘干处理；接着，将处理后的硅片安置在电解池中，硅片作为阳极，金属铂丝网作为阴极，刻蚀面与电解液面接触，背面使用卤素灯进行光激发，光照电压控制在4-10V；最后，倒入电解液，工作电压控制在0.4-0.6V，温度控制在20℃左右，腐蚀5-6小时。
5.根据权利要求3所述的波导型碘化铯闪烁屏的制备方法，其特征在于，所述的步骤d）中，闪烁体原料为碘化铯和碘化铊的固体状粉末，碘化铊的含量控制在2000-2500ppm。
6.根据权利要求3所述的波导型碘化铯闪烁屏的制备方法，其特征在于，所述的步骤c）中，首先，将闪烁体原料覆盖在衬底的上表面，原料的覆盖厚度控制在1.2-1.5倍的衬底厚度；然后，对加热室进行抽真空，真空度控制在10 
-10
torr；接着，使用电阻丝辐射加热装置对衬底进行整体加热，加热温度控制在650℃-1200℃，升温时间控制在4-6分钟；最后，保温10-15分钟后，通入氮气冷却至室温。
7.根据权利要求3所述的波导型碘化铯闪烁屏的制备方法，其特征在于，所述的步骤d）中，后处理工艺包括打磨抛光处理和低温退火处理；打磨抛光处理后的闪烁体厚度控制在120-150um；低温退火处理时的加热温度控制在200-220℃，保温时间为3-4小时后在炉内缓冷至室温。
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| CN110473650A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-19 | 长春理工大学 | 层叠式防串扰x射线荧光屏 |
| CN113433579A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-24 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种大灵敏面x射线光谱平响应二极管探测器 |
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| CN106154302B (zh) * | 2015-03-24 | 2019-11-19 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种射线检测平板探测器用闪烁体板及其制备方法 |
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