CN106206636A - 一种x射线探测面板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种X射线探测面板及其制备方法，涉及探测仪器领域，提供一种使用不掺杂铊的闪烁体膜层作为闪烁体的X射线探测面板，能在避免铊及其碘化物对人体伤害的同时大大降低制备X射线探测面板的成本。该X射线探测面板：包括衬底基板；设置在衬底基板上的开关阵列；设置在开关阵列上的光电探测器件阵列；盖板；设置在盖板上的闪烁体膜层；闪烁体膜层和光电探测器件阵列之间设置有胶体量子点膜层；闪烁体膜层，用于将X射线转换为近紫外光；胶体量子点膜层，用于将闪烁体膜层转换的近紫外光转换为可见光输出；光电探测器件阵列，用于将波长转换单元转换的可见光转换为电信号输出。
Description
技术领域
本发明涉及探测仪器领域，尤其涉及X射线探测面板领域。
背景技术
X射线因为光子能量高、穿透力强的特点，广泛应用于医学透视检查，工业探伤及在地铁、机场、车站等地安检。目前市场上销售的X射线探测面板是以500～600微米厚的CsI:TlI(碘化铊掺杂的碘化铯)柱状晶体薄膜作为闪烁体材料，将高能量的X射线转化为可见光，再被非晶硅光电探测器阵列探测并转化为电压电流信号，最后被Array背板收集并用外围电路读出，输出至显示器上最终形成图像。该技术所使用的闪烁体利用了掺杂的碘化铯制成，但是掺杂的碘化铯含有的铊及其化合物碘化铊是剧毒物质，会对人体产生极大的危害，所以制备此种面板需要对安全方面投入极大的成本。另外，若是使用纯的不掺杂的碘化铯晶体则又达不到将X射线转换为可见光进行检测的目的。所以急需一种可以有一种新型X射线探测面板，危害小，成本低，又能达到检测目的。
发明内容
本发明实施例公开一种X射线探测面板及其制备方法，涉及探测仪器领域，提供一种使用不掺杂铊的闪烁体膜层作为为闪烁体的X射线探测面板，能在避免铊及其碘化物对人体伤害的同时大大降低制备所述X射线探测面板的成本。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种X射线探测面板，包括衬底基板、设置在衬底基板上的开关阵列，设置在开关阵列上的光电探测器件阵列；还包括：盖板、设置在盖板上的闪烁体膜层；
其中盖板设置有闪烁体层的一侧与衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒封装，其中闪烁体膜层和光电探测器件阵列之间设置有胶体量子点膜层；此处的闪烁体膜层，用于将X射线转换为近紫外光；而胶体量子点膜层，用于将闪烁体膜层转换的近紫外光转换为可见光输出；最后光电探测器件阵列则用于将胶体量子点膜层转换的可见光转换为电信号输出。
本发明实施例中，具有的闪烁体膜层包括不掺杂的纯碘化铯柱状晶体，闪烁体膜层厚度1微米至2000微米，柱状晶体直径0.1微米至100微米。
另外，本发明实施例中的胶体量子点膜层包含胶体量子点，这些胶体量子点呈球形由三部分组成，分别是核、壳和有机配体，其核和壳可以采用以下材料或者其任意组合的合金的任意两种：ZnO、ZnS、TiO2、NbOx、CuO、NiO、V2O5、Cr2O3、In2O3、SnO2、Ga2O3、MnO2、Fe2O3、CoO2、Al2O3、Tl2O、GeO2、PbO、ZrO2、MoO3、HfO2、Ta2O5、WO3、CdO、IrO2、Rh2O3、RuO2、OsO4、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、HgS、HgSe、HgTe、Se、C、Ge、Al4N3、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InN、InAs、InSb、Tl3N、Tl3P、Tl3Sb、PbS、PbSe、PbTe、FeS、InSe、In2S3、Ga2S3、GaTe、SnSe、SnS、SnTe、MgS、MgSe、MgTe、CsTe、、CdZnSe、CdZnS、CuInS2、CuInSe2、Cd3P2、Cd3As2。
而胶体量子点上的有机配体材料则可以是：各种有机表面基团，例如：长链烷烃。
可选的，整个面板中的光电探测器可以是光电导型探测器、光伏型探测器、雪崩式探测器任一种，而制成这些光电探测器的材料可以是：非晶硅、氧化锌等半导体材料或者氮化镓、碳化硅、金刚石、类金刚石、氮化铝、砷化镓、氮化硼等宽禁带半导体材料。
可选的，对于衬底基板和盖板，其材料可以是厚度0.1毫米至1毫米的玻璃，也可以是常用的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、TAC(三聚氰酸三烯丙酯)或PI(聚酰亚胺)透明柔性衬底，厚度1微米至500微米。
另一方面，提供一种X射线探测面板的制作方法，包括：
通过构图工艺在衬底基板上形成开关阵列；通过构图工艺在开关阵列上形成光电探测器件阵列；在电探测器件阵列上形成胶体量子点薄膜；在盖板上形成闪烁体膜层；将盖板设置有闪烁体膜层的一侧与衬底基板设置有光电探测器件阵列对盒后封装。
需要说明的是，其中光电探测器件阵列上形成胶体量子点薄膜的方法可以是采用涂布工艺将胶体量子点溶液涂布在电探测器件阵列上形成胶体量子点薄膜或者将含有胶体量子点材料的有机膜直接贴附在光电探测器件阵列上任一种。
可选的，涂布工艺可以是旋涂或喷墨打印或气溶胶打印或激光诱导转印或纳米压印等工艺的任一种。
另外，X射线探测面板的封装可以使用淀积工艺制成单层或多层封装薄膜进行封装，也可以使用Dam(坝状物)胶和Filler(填充物)胶方式进行封装，也可以是上下玻璃基板之间使用激光烧结frit(玻璃原料)方式进行封装，或者是这三者的混合或叠加进行封装。
上述方案中，提供的X射线探测面板包括：衬底基板、设置在衬底基板上的开关阵列，设置在开关阵列上的光电探测器件阵列；还包括：盖板、设置在盖板上的闪烁体膜层；其中盖板设置有闪烁体膜层的一侧与衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒封装，其中闪烁体膜层和光电探测器件阵列之间设置有胶体量子点膜层；闪烁体层，用于将X射线转换为近紫外光；胶体量子点膜层，用于将闪烁体薄膜转换的近紫外光转换为可见光输出；光电探测器件阵列，用于将胶体量子点膜层转换的可见光转换为电信号输出。因为该面板使用不掺杂铊的闪烁体膜层作为闪烁体，并且在整个结构中加入胶体量子点膜层，所以在避免了铊及含铊碘化物对人体的巨大伤害和减少了在制造X射线探测面板时在安全方面付出的大量成本的同时，可以顺利完成对于X射线的探测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的X射线探测面板结构示意图；
图2为现有技术提供的闪烁体特性示意图；
图3为本发明实施例提供的胶体量子点的特性示意图；
图4本发明实施例提供的胶体量子点结构示意图；
图5为本发明实施例提供的X射线探测面板制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种X射线探测面板，包括衬底基板6、设置在衬底基板6上的开关阵列5，设置在开关阵列5上的光电探测器件阵列4；还包括：盖板1、设置在盖板1上的闪烁体膜层2；
其中，盖板1设置有闪烁体膜层的2一侧与衬底基板6设置有光电探测器件阵列4的一侧对盒封装，其中闪烁体膜层2和光电探测器件阵列4之间设置有胶体量子点膜层3。
闪烁体膜层2，例如用于将X射线转换为近紫外光。
胶体量子点膜层3，例如用于将闪烁体膜层2转换的近紫外光转换为可见光输出。
光电探测器件阵列4，例如用于将胶体量子点膜层3转换的可见光转换为电信号输出。
其中，示例性的，为了清楚的说明上述结构，当然不限于如下方式，如图1所示，自下而上依次为衬底基板6、开关阵列5、光电探测器阵列4、胶体量子点膜层3、闪烁体膜层2、封装单元7和盖板1。
对于作为制备X射线探测面板时的底层基板衬底基板6而言，衬底基板采用的材料可以是以下任一种：玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素和聚酰亚胺透明柔性衬底。
示例性的，其材料可以是0.1mm至1mm的玻璃，也可以是常用的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、厚度1微米至500微米的TAC(三聚氰酸三烯丙酯)和PI(聚酰亚胺)透明柔性衬底。
示例性的，对于位于衬底基板6之上的作为收集电信号进行输出的开关阵列5而言，可以使用非晶体硅薄膜晶体管或非晶体氧化铟镓锌薄膜晶体管或低温多晶氧化铟镓锌薄膜晶体管或低温多晶硅薄膜晶体管或氮氧化锌薄膜晶体管或氧化铟锌薄膜晶体管亦或是有机物薄膜晶体管等制备而成。
对于如图1所示的闪烁体膜层2而言，由于常见的由掺杂碘化铯含有铊及含铊碘化物，会对人体产生大量伤害，同时由于成本和安全问题，报废的X射线探测面板不能直接丢弃处理而是要对其中的贵金属铊进行回收处理，会造成很大的成本付出。
所以本发明实施例的闪烁体膜层由不掺杂的纯碘化铯制成的柱状晶体构成；另外，闪烁体膜层2厚度为1微米至2000微米，纯碘化铯柱状晶体的直径为0.1微米至100微米。
另外，如图2所示，含有杂质钠或者铊的碘化铯和不含杂质的碘化铯构成的闪烁体对于X射线的光致发光图谱的峰值和范围都是有较大差异，图2中横轴表示波长(Wavelength)单位为纳米(nm)，纵轴为强度(lntensity)其中纯碘化铯CsI的光致发光图谱的范围为200-600nm，含有杂质钠的碘化铯CsI(Na)的光致发光图谱的范围为300-600nm，含有杂质铊的碘化铯CsI(TI)的光致发光图谱的范围为350-700nm。由于可见光的光谱范围在390nm-780nm之间，因此常见的X射线探测面板为了能更好的对X射线经过闪烁体转换后的光进行有效监测，一般都是使用含铊的碘化铯制作的闪烁体将X射线准换为可见光后检测，但是本发明实施例为了能避免铊对人体的伤害，采用了纯的碘化铯作为制成闪烁体的原料，由于这种闪烁体会将X射线准换为近紫外光，所以本发明实施例还要在X射线探测面板结构中加入如图1的胶体量子点膜层3，通过光致发光原理将闪烁体膜层2转换的近紫外光再转换为可见光。这样，就避免了一般X射线探测面板存在的对人体伤害大和制作成本高的缺陷。
对于上述胶体量子点膜层3而言，本发明创新性的采用了和一般探测领域中不太一样的胶体量子点，一般的自组装InAs量子点的光致发光波长只能在1.2微米到1.6微米之间；而本发明实施例使用的胶体量子点膜层使用的胶体量子点包含:核、壳和有机配体；胶体量子点直径范围为：1纳米至50纳米；其主要由化学合成制备。
示例性的，如图4所示，胶体量子点一般呈球形由核401、壳402和有机配体403三部分构成，其直径范围一般的尺寸是2～6纳米，最常用的是2纳米至8纳米，小于或接近激子的玻尔半径，因此具有量子限域效应，相应地体材料中连续的能带结构变为分立的能级结构，导致发光颜色具有尺寸依赖性而且有高斯对称的窄带发射谱(半高宽30纳米左右)；核外包覆的壳结构由宽带隙半导体构成，可以钝化表面的非辐射复合中心，将激子限制在核结构中，远离表面缺陷态，可使其光致荧光效率达到90％以上。
进一步的，所述胶体量子点核和壳采用以下材料或者其任意组合的合金的任意两种：ZnO、ZnS、TiO2、NbOx、CuO、NiO、V2O5、Cr2O3、In2O3、SnO2、Ga2O3、MnO2、Fe2O3、CoO2、Al2O3、Tl2O、GeO2、PbO、ZrO2、MoO3、HfO2、Ta2O5、WO3、CdO、IrO2、Rh2O3、RuO2、OsO4、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、HgS、HgSe、HgTe、Se、C、Ge、Al4N3、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InN、InAs、InSb、Tl3N、Tl3P、Tl3Sb、PbS、PbSe、PbTe、FeS、InSe、In2S3、Ga2S3、GaTe、SnSe、SnS、SnTe、MgS、MgSe、MgTe、CsTe、、CdZnSe、CdZnS、CuInS2、CuInSe2、Cd3P2、Cd3As2。所述胶体量子点的有机配体为有机表面基团材料；示例性的，其可以是长链烷烃，最常用的是十八胺。
如图3所示，该胶体量子点光致发光图谱涵盖了深蓝色、浅蓝色、绿色、橘黄色和红色五种光，通过化学合成时精确控制胶体量子点纳米晶体的尺寸就可以精确控制其光致发光波长。
对于位于开关阵列5之上的用来将胶体量子点膜层3转换的近紫外光转化为电信号的光电探测器阵列4选用的光电探测器要采用以下至少一种：光电导型探测器、光伏型探测器、雪崩式探测器。
示例性的，制备这些光电探测器可以使用非晶硅制备，也可以用别的如氧化锌等半导体材料制备，也可以使用诸如氮化镓、碳化硅、金刚石、类金刚石、氮化铝、砷化镓、氮化硼等宽禁带半导体薄膜制备。
需要说明的是，在选择组成光电探测器阵列4的光电探测器时应当考虑到其上的胶体量子点膜层3所转换出的光波长以及其材料因素，选择合适的与其配合组装。
对于在最上方的盖板1，其采用以下任一种材料：
玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素和聚酰亚胺透明柔性衬底。
示例性的，盖板材料可以是0.1mm至1mm的玻璃，也可以是常用的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、厚度1微米至500微米的TAC(三聚氰酸三烯丙酯)和PI(聚酰亚胺)透明柔性衬底。闪烁体膜层通过在盖板上采用真空蒸镀或磁控溅射或电子束蒸发或溶胶凝胶法或激光溅射或等离子体化学气相淀积或原子层沉积或金属有机化学气相淀积或分子束外延等工艺制备。
对于起封装固定作用的封装单元7，其可以使用淀积工艺制成的单层或多层封装薄膜(可有机薄膜或无机薄膜或者两者的叠层)封装，也可以使用Dam胶&Filler胶方式封装，也可以是上下玻璃基板之间使用激光烧结frit方式封装，或者是这三者的混合或叠加，在此不做具体限制。
参照图5所示，本发明实施例还提供一种X射线探测面板制备方法，包括如下步骤：
501、通过构图工艺在衬底基板上形成开关阵列。
具体的，在制作工艺中实施步骤501，首先要对衬底基板进行清洗，而后采用磁控溅射、曝光、显影、干法刻蚀、湿法刻蚀、等离子体化学气相淀积、清洗、退火等半导体工艺在衬底基板上制备开关阵列；
502、通过构图工艺在开关阵列上形成光电探测器件阵列。
具体的，步骤502的图工艺是指：采用磁控溅射、曝光、显影、干法刻蚀、湿法刻蚀、等离子体化学气相淀积、清洗、退火等半导体工艺在开关阵列上制备光电探测器。
503、在光电探测器件阵列上形成胶体量子点膜层。
具体的，在制作工艺中实施步骤503要在光电探测器阵列上采用旋涂或喷墨打印或气溶胶打印或激光诱导转印或纳米压印等涂布工艺涂布胶体量子点溶液形成胶体量子点膜层或者使用含胶体量子点的有机膜贴附在光电探测器上形成胶体量子点膜层。
504、在盖板上形成闪烁体膜层。
具体的，在制作工艺中实施步骤504，需要先清洗盖板，而后在其上采用真空蒸镀或磁控溅射或电子束蒸发或溶胶凝胶法或激光溅射或等离子体化学气相淀积或原子层沉积或金属有机化学气相淀积或分子束外延等工艺制备纯的不掺杂的碘化铯柱状晶体薄膜作为闪烁体膜层。
505、采用真空对盒工艺，将盖板设置有闪烁体膜层的一侧与衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒后封装。
具体的，在制造工艺中，封装方式可以使用淀积工艺制成的单层或多层封装薄膜(可有机薄膜或无机薄膜或者两者的叠层)封装，也可以使用Dam胶&Filler胶方式封装，也可以是上下玻璃基板之间使用激光烧结frit方式封装，或者是这三者的混合或叠加。
上述方法中，闪烁体层可将X射线转换为近紫外光；胶体量子点膜层可将闪烁体薄膜转换的近紫外光转换为可见光输出；光电探测器件阵列可将胶体量子点膜层转换的可见光转换为电信号输出。因为形成的面板使用不掺杂铊的闪烁体膜层作为闪烁体，并且在整个结构中加入胶体量子点膜层，所以在避免了铊及含铊碘化物对人体的巨大伤害和减少了在制造X射线探测面板时在安全方面付出的大量成本的同时，可以顺利完成对于X射线的探测。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种X射线探测面板，其特征在于，
包括衬底基板、设置在衬底基板上的开关阵列，设置在所述开关阵列上的光电探测器件阵列；还包括：盖板、设置在所述盖板上的闪烁体膜层；
其中所述盖板设置有闪烁体膜层的一侧与所述衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒封装，其中所述闪烁体膜层和所述光电探测器件阵列之间设置有胶体量子点膜层。
2.根据权利要求1所述的X射线探测面板，其特征在于，所述闪烁体膜层包括不掺杂的纯碘化铯柱状晶体。
3.根据权利要求2所述的X射线探测面板，其特征在于，所述闪烁体膜层厚度为1微米至2000微米，所述纯碘化铯柱状晶体的直径为0.1微米至100微米。
4.根据权利要求1所述的X射线探测面板，其特征在于，所述胶体量子点膜层包含胶体量子点，其中所述胶体量子点包含核、壳和有机配体。
5.根据权利要求4所述的X射线探测面板，其特征在于，所述胶体量子点的核和壳采用以下材料或者其任意组合的合金的任意两种：ZnO、ZnS、TiO2、NbOx、CuO、NiO、V2O5、Cr2O3、In2O3、SnO2、Ga2O3、MnO2、Fe2O3、CoO2、Al2O3、Tl2O、GeO2、PbO、ZrO2、MoO3、HfO2、Ta2O5、WO3、CdO、IrO2、Rh2O3、RuO2、OsO4、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、HgS、HgSe、HgTe、Se、C、Ge、Al4N3、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InN、InAs、InSb、Tl3N、Tl3P、Tl3Sb、PbS、PbSe、PbTe、FeS、InSe、In2S3、Ga2S3、GaTe、SnSe、SnS、SnTe、MgS、MgSe、MgTe、CsTe、CdZnSe、CdZnS、CuInS2、CuInSe2、Cd3P2、Cd3As2。
6.根据权利要求4所述的X射线探测面板，其特征在于，所述有机配体为有机表面基团材料。
7.根据权利要求4所述的X射线探测面板，其特征在于，所述胶体量子点的直径范围为：1纳米至50纳米。
8.根据权利要求1所述的X射线探测面板，其特征在于，所述光电探测器阵列选用的光电探测器采用以下至少一种：光电导型探测器、光伏型探测器、雪崩式探测器。
9.根据权利要求1所述的X射线探测面板，其特征在于，所述衬底基板材料采用以下任一种材料：
玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素和聚酰亚胺透明柔性衬底。
10.根据权利要求1所述的X射线探测面板，其特征在于，所述盖板材料采用以下任一种材料：
玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素和聚酰亚胺透明柔性衬底。
11.一种X射线探测面板的制作方法，其特征在于，包括：
通过构图工艺在所述衬底基板上形成开关阵列；
通过构图工艺在所述开关阵列上形成光电探测器件阵列；
在所述电探测器件阵列上形成胶体量子点膜层；
在盖板上形成闪烁体膜层；
将所述盖板设置有闪烁体膜层的一侧与所述衬底基板设置有光电探测器件阵列的一侧对盒后封装。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述光电探测器件阵列上形成胶体量子点膜层包括：
采用涂布工艺通过胶体量子点溶液在所述电探测器件阵列上形成胶体量子点膜层；
或者将含有胶体量子点材料的有胶体量子点膜层贴附在所述光电探测器件阵列上。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述涂布工艺至少包括：
旋涂或喷墨打印或气溶胶打印或激光诱导转印或纳米压印。
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