CsI-TI閃爍薄膜的工藝制備和光學(xué)特性的研究.pdf

1、X射線探測(cè)器在安全檢察、醫(yī)學(xué)成像、空間探測(cè)等眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。作為探測(cè)器最重要部分的轉(zhuǎn)換屏，其材料的光轉(zhuǎn)換效率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起著決定性的作用。在本文中，我們提出了一種新的集成化 X射線探測(cè)器。我們選用 CsI:Tl作為熒光轉(zhuǎn)換屏材料，PIN或者CCD作X射線探測(cè)系統(tǒng)中的熒光接收器件，采用真空熱蒸發(fā)法將 CsI:Tl晶體制備成呈晶柱狀結(jié)構(gòu)的薄膜并直接集成在 CCD或者PIN上。為了抑制熒光擴(kuò)散和晶柱間發(fā)生串?dāng)_，我們?cè)贑sI:Tl閃爍晶體膜

2、表面鍍一層Al膜來(lái)對(duì)晶柱狀的薄膜進(jìn)行包裹和隔離，從而起到保護(hù)作用。
　　本文的主要內(nèi)容如下：
　　按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序分別建立了三種理論模型：理想連續(xù)層模型、理想晶體單元模型和具有理想晶柱結(jié)構(gòu)的薄膜模型。針對(duì)CsI:Tl閃爍晶體薄膜的熒光轉(zhuǎn)換因子與薄膜各結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系我們用 MATLAB軟件進(jìn)行了仿真計(jì)算。仿真結(jié)果表明：CsI:Tl閃爍晶體薄膜厚度在400μm處時(shí)熒光轉(zhuǎn)換因子最大；具有晶柱結(jié)構(gòu)的薄膜的熒光轉(zhuǎn)換因子明顯高于無(wú)

3、晶柱結(jié)構(gòu)的薄膜的熒光轉(zhuǎn)換因子；入射 X光子能量越低，CsI:Tl晶體的最佳厚度越薄，反則反之。
　　通過(guò)理論計(jì)算，我們?cè)趯?shí)際中采用了真空熱蒸發(fā)法分別在Si和玻璃基片上沉積并生長(zhǎng)CsI:Tl薄膜，并對(duì)CsI:Tl薄膜的表面微結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性進(jìn)行了測(cè)試和分析。結(jié)果表面：采用真空熱蒸發(fā)法制備的CsI:Tl薄膜沿（200）晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)，其晶體結(jié)構(gòu)擇優(yōu)取向生長(zhǎng)與厚度關(guān)系密切，厚度相對(duì)較小時(shí)存在明顯擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，隨著膜厚增加晶體生長(zhǎng)擇優(yōu)取向現(xiàn)象

4、明顯減弱；蒸發(fā)速率越大，CsI:Tl薄膜的相對(duì)光輸出強(qiáng)度越??；對(duì)于不同退火處理的薄膜樣品，當(dāng)在250℃退火時(shí)，缺陷得到改善，薄膜樣品的結(jié)晶質(zhì)量達(dá)到較好的程度，相對(duì)光輸出也增加；通過(guò)改變鍍膜的工藝方法，有效的改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。
　　通過(guò)搭建樣品的成像測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試了樣品的光轉(zhuǎn)換率、定性地測(cè)試了樣品的空間分辨率。通過(guò)選擇合適的沉積速率、通過(guò)合適的退火溫度退火、調(diào)節(jié)薄膜厚度和薄膜微結(jié)構(gòu)、利用預(yù)沉積手段來(lái)獲得光轉(zhuǎn)換效率高、空間分辨率高的