一种单源蒸镀Cs3Cu2I5或Cs3Cu2I5:M闪烁体厚膜的方法

本发明属于无机半导体闪烁体厚膜的制备，涉及一种单源蒸镀cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜的方法。

背景技术：

1、闪烁体是一种能够将高能射线(x射线、γ射线、β射线等)或高能粒子(α粒子或中子等)转化成低能紫外光或可见光的材料。自闪烁体被发现以来，目前已被广泛用于医用成像、工业勘测、安防和高能物理等诸多领域。目前常见的商用闪烁体如csi:ti，存在蒸镀工艺温度高、防潮性差等问题，且性能指标单一，易受到低效或余辉效应的限制，难以进行可见光谱调谐。因此，寻找下一代适合蒸镀的闪烁材料成为了研究重点。

2、无机金属卤化物材料因具有熔融点温度低、量子产率高、辐照发光强度高和辐照发光波长可调谐等优势(j.phys.chem.lett.2022,13,2862-2870)，被认为是一类有蒸镀应用前景的闪烁体材料(nature communications,2021,12:3879)。无机金属卤化物材料化学式种类众多，常见有如abx3、ab2x3、a2bx3、a3b2x5、a2bx6等，其中a是钾(k)元素、铷(rb)元素或铯(cs)元素，b是铜(cu)、银(ag)、铅(pb)和锆(zr)元素等其他过渡金属及主族金属元素，x是氯(cl)、溴(br)和碘(i)卤素元素。

3、在金属卤化物家族中，铜基卤化物cs3cu2i5和其掺杂其他过度金属及主族金属元素的cs3cu2i5:m闪烁体具有独特的自陷激子(ste)发光、小的自吸收、大斯托克斯位移、高量子发光产率(plqy)和高辐照发光强度优势。其还具有对x射线截止率较高、响应速度快(比csi:tl快近千倍)和余辉时间短(为csi:tl的十分之一)等优点，最低x射线辐照响应剂量是csi:tl的近百分之一(nuclear inst.and methods in physics research,a,2021,991,164963)，成为研究最广泛的无机金属卤化物闪烁体之一(materials chemistryfrontiers,2021,5,4796-4820)。其较低的熔融点温度有助于其在蒸镀时达到节能和降低生产成本的需求。同时，由于其具有优异的辐照发光强度和可调谐的辐照发光峰位优势，可在实际应用中可根据性能需求选择cs3cu2i5或不同种类的cs3cu2i5:m材料进行蒸镀。

4、然而，为了实现cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜蒸镀的实际商用需求，仍有一些问题需要解决。首先，为了得到cs3cu2i5或cs3cu2i5:m蒸镀厚膜，需要的前驱体盐为两种或两种以上。常规的多源蒸镀工艺需要多个坩埚对不同的前驱体盐进行不同温度点的蒸镀工艺开发，存在工艺研发周期长、耗能等问题。其次，多源蒸镀闪烁体厚膜需要对束源炉的炉间间隔、束源炉所在直线与衬底平面间夹角和不同束源炉在高温下热辐射的相互影响等问题综合考量，对设备的设计要求高。蒸发源束源炉数量越多，前驱体盐组分在蒸镀过程中未均匀沉积在衬底上的几率越大。基于此，迫切需要一种具有高质量、工艺简单的铯铜碘基闪烁体厚膜制备技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜的单源蒸镀制备方法。该方法利用物理气相沉积法进行单源蒸镀cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜，工艺参数简单，厚度可控，薄膜沉积质量高。

2、实现本发明的技术方案如下：

3、一种单源蒸镀cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，制备单源蒸镀用cs3cu2i5或cs3cu2i5:m前驱体粉末；

5、步骤2，以cs3cu2i5或cs3cu2i5:m前驱体粉末作为单源蒸镀粉末，进行物理气相沉积，得到cs3cu2i5或cs3cu2i5:m厚膜；

6、步骤3，在氮气或氩气气氛下退火，退火完成后，得到cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜。

7、优选地，cs3cu2i5或cs3cu2i5:m前驱体粉末采用反溶剂法、固相烧结法或球磨法制备。

8、优选地，cs3cu2i5:m中的m为tli、tlcl、mncl·4h2o、mni、ki或nai中一种或多种。

9、优选地，步骤2中，采用物理气相沉积进行蒸镀时，衬底为玻璃或薄膜晶体管(tft)。

10、优选地，步骤2中，真空度为10-4pa；基片台温度为200℃。

11、优选地，步骤3中，退火温度为200℃；退火时间为1h。

12、优选地，步骤3中，厚膜厚度为100μm-800μm。

13、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

14、(1)本发明对cs3cu2i5或cs3cu2i5:m材料进行单源蒸镀，具有前驱体盐制备工艺简单多样、m元素掺杂含量简单可调，可根据实际应用需求蒸镀所需性能的闪烁体厚膜；

15、(2)本发明采用单源蒸镀闪烁体厚膜。相比多源蒸镀工艺，单源蒸镀具有蒸镀工艺简单、柱状晶厚膜晶体择优取向和膜面均匀致密的优点；

16、(3)本发明在保护气体氛围下进行膜面退火后处理，相纯度相比未退火处理更佳，且促进厚膜柱状晶晶体择优取向。

技术特征：

1.一种单源蒸镀cs3cu2i5或cs3cu2i5:m闪烁体厚膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，cs3cu2i5或cs3cu2i5:m前驱体粉末采用反溶剂法、固相烧结法或球磨法制备。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，cs3cu2i5:m中的m为tli、tlcl、mncl·4h2o、mni、ki或nai中一种或多种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，采用物理气相沉积进行蒸镀时，衬底为玻璃或薄膜晶体管。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，真空度为10-4 pa；基片台温度为200 ℃。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，退火温度为200 ℃；退火时间为1h。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，厚膜厚度为100 μm-800 μm。

技术总结
本发明公开了一种单源蒸镀Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M闪烁体厚膜的方法，其步骤为：制备单源蒸镀用Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M前驱体粉末；以Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M前驱体粉末作为单源蒸镀粉末，进行物理气相沉积，得到Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M厚膜；在氮气或氩气气氛下退火，退火完成后，得到Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M闪烁体厚膜。该方法可获得不同目标厚度和大小的Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;或Cs<subgt;3</subgt;Cu<subgt;2</subgt;I<subgt;5</subgt;:M闪烁体厚膜，制备方法简单，易于进行不同掺杂元素和掺杂比例的闪烁体厚膜制备。

技术研发人员：李晓明,王志成
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24