一种Cs2AuYBr6-xClx晶体X射线光探测器的制作方法

本发明涉及x射线探测成像领域以及人工智能领域，具体涉及一种面向机器学习的cs2auybr6-xclx晶体x射线光探测器。

背景技术：

1、由于x射线光子具有很高的能量，它可以穿透过成像物体，并根据x射线强度的变化表现出成像物体的吸收程度。因此，x射线探测成像是一种重要的无损探测手段，它在医学诊断、工业无损检测，以及安全检测等领域具有重要的应用。

2、因为x射线光子能量很高，所以x射线探测的方法与可见光/红外探测有所不同。一般有两种x射线探测方法：间接探测和直接探测。在间接探测中，x射线首先入射到闪烁体，产生可见光子；其次，再用硅探测器接收可见光子，并探测成像。在直接探测中，x射线入射到具有高原子序数、高密度的半导体，通过光电效应直接产生电子/空穴对，然后在偏置电场作用电子和空穴分离并被分别收集，形成探测信号。现有的商用x射线探测器大都采用间接探测方式。

3、在可见光探测成像中，人们通常通过光栅或者滤色片等色散光学元件将不同颜色的入射光分离，获得彩色图像。但是由于x射线的波长很短，光子能量很高，很难设计和制备适合于x射线的光栅和滤光片，因此绝大部分的x射线探测都是宽谱探测，即获得的探测信号只与x射线的通量相关，而不能携带x射线的颜色(能量)信息，所以人们获得的x射线图像只能是灰度图像。

4、根据x射线图像对病人或者成像物体进行诊断，不仅需要高清晰度的图像，还需要医生具有丰富的临床诊断经验。多年来人们一致致力于发展人工智能x射线影像诊断，但是由于常规x射线图像信息过少(只有灰度信息)，严重制约了该技术的发展。近年来人们采用光子计数探测器同时获取x射线的强度信息和能量信息，并在此基础上提出了光谱x射线成像和光谱x-ct。由于光谱x射线成像同时提供了强度信息和颜色信息，使x射线影像的信息量极大地增加，推进了机器学习在x射线读片的应用。但是x射线光子计数器的结构复杂、成本昂贵，而且空间分辨率比较低。常规的积分模式x射线探测大都采用单极性传感材料(或者另外一种极性的光响应很弱)，所以只能在负偏压下提供探测信号。在常规的x射线数字成像中采集更多的物体信息，已经成为机器学习在x射线诊断应用的关键之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的x射线数字成像信息量太少，不能满足机器学习需求的问题，提出一种双极性x射线探测器。该探测器在正偏置电压和负偏置电压作用下获得不同的载流子信息，从而反映了不同能量x射线信号，提高了x射线影像的信息量，可以更好地满足机器学习x射线影像的需求。

2、本发明采用的技术方案为：一种cs2auybr6-xclx晶体x射线光探测器，包括

3、分别用于收集不同类型的光生载流子，从而形成探测信号的顶电极和底电极；

4、为所述探测器提供正向偏置电压和负向偏置电压的双极性偏置电源；

5、在所述探测器中形成势垒，阻挡暗态下载流子从偏置电源注入的电子阻挡层和空穴阻挡层；

6、当x射线照射时，在正、负偏置电压下产生对等的响应信号的双极性x射线吸收层；

7、所述双极性x射线吸收层的上面设置有电子阻挡层，电子阻挡层上面设置有顶电极，双极性x射线吸收层的下面设置有空穴阻挡层，空穴阻挡层下面设置有底电极，所述双极性偏置电源与顶电极、底电极连接。

8、进一步地，所述双极性x射线吸收层为cs2auybr6-xclx(0≤x≤6)双极性晶体，通过调控卤素组分x获得对等的双极性响应。cs2auybr6-xclx晶体具有较大的有效原子序数(≥42)和质量密度(≥4g/cm3)，可以有效沉积x射线能量，提高x射线探测灵敏度；cs2auybr6-xclx晶体对电子和空穴都有相近的传输能力，通过调控晶体的卤素组分(x的数值)，可以进一步调节晶体带隙和电子、空穴浓度，进而使探测器在正、负偏压下获得平衡的光电响应。通过逆温法生长cs2auybr6-xclx钙钛矿晶体。将2mol/l csbr,1mol/l aubr,1mol/l ycl3溶解于60ml dmf和45ml dmso(调控溴盐和氯盐比例即可调节x值)，形成钙钛矿前驱液。采用bibr3溶液作为添加剂以增大晶体生长尺寸。采用ptfe过滤器对前驱液过滤，滤头尺度为30μm。将上述前驱液转移到培养皿中，再将培养皿置于加热台上。将温度调制60-80℃进行结晶，直至晶体生长到需要的尺度。

9、所述双极性偏置电源对探测器施加正向偏置电压和负向偏置电压，探测器获得幅度均衡、极性相反的探测信号；所述cs2auybr6-xclx晶体x射线光探测器在正、负偏压下均可提供有效的探测信号，增大了x射线图像信息量，有利于x射线图像的机器学习。

10、进一步地，所述电子阻挡层是cs掺杂cui层。其制备方法为：将csi粉体按照6％的摩尔比与cui粉体混合，再将混合的粉体按照4:10:10的摩尔比溶解于乙醇胺和甲醚溶液，在室温下搅拌溶解6小时，再用0.4μm的滤网过滤。将上述溶液旋涂到cs2auybr6-xclx晶体顶面，加热至80～100℃形成电子阻挡层。完成cs2auybr6-xclx钙钛矿晶体制备后，在其上端面制备电子阻挡层。电子阻挡层的作用是阻止暗态下电子从顶电极向探测器注入，通常电子阻挡层具有p型半导体特性。

11、进一步地，所述空穴阻挡层是ag掺杂ito层。其制备方法为：将等量的in(no3)3·5h2o和sncl2·2h2o分别溶解于20ml的乙醇，再将这两种溶液搅拌混合1小时，进一步加温到60℃形成透明溶液。将agno3和适量的pvp加入前述ito溶液，其中ag的浓度为4％，形成ag掺杂ito溶液。将上述ag掺杂ito溶液旋涂至cs2auybr6-xclx晶体底面，加热至80～100℃形成空穴阻挡层。

12、进一步地，所述顶电极和底电极的制备方法为：完成双极性x射线吸收层、电子阻挡层和空穴阻挡层制备后，在上下端面采用热蒸发的方式分别沉积顶电极和底电极。为了使正、负偏置电压下电子和空穴的输运性能平衡，应该使顶电极和电子阻挡层之间构建欧姆接触，底电极和空穴阻挡层之间也构建欧姆接触。

13、本发明通过调控钙钛矿晶体的能带结构和电子、空穴浓度，使探测器在正偏置电压下和负偏置电压下具有对等的响应特性；利用正、负偏置电压下获得的探测电流，为机器学习x射线影像提供更多的原始信息。

14、本发明的有益效果：

15、(1).本发明提出采用cs2auybr6-xclx钙钛矿晶作为x射线吸收体，它具有较大的有效原子序数和密度，因此可以获得较大的x射线探测灵敏度。

16、(2).本发明提出通过调控cs2auybr6-xclx中卤素比例x(0≤x≤6)，可以同时调节钙钛矿晶体的带隙以及电子和空穴的浓度，进而使得探测器正、负偏压下获得平衡的响应电流。

17、(3).本发明双极性cs2auybr6-xclx探测器不仅可以在负偏压下获得有效的探测信号，还可以在正偏压下获得x射线探测信号，增加了x射线图像的信息量，为机器学习x射线图像诊断提供了更充分的原始数据。