数字X射线平板探测器材料碘化铅多晶膜的研究

光电导膜层是直接转换的数字X射线平板探测器(FPD)最关键的部分之一，相比非晶硅与非晶硒材料，基于碘化铅(PbI2)多晶膜的FPD器件具有更高的空间分辨率和量子探测效率。采取最优的方法和工艺生长出大面积、高纯度、高密度、高电阻率、物理性能均匀的PbI2多晶膜，是确保器件优良的性能，获得实时、高清晰数字图像的关键。本项目根据FPD器件对材料的实际要求与材料的物理化学性质，研究确保高质量成膜的生长方法；分析材料生长过程的动力学与热力学机制，设计合理的工艺参数；通过系列样品的生长与测试，阐明材料的工艺、结构、性能之间的关系与规律；试制碘化铅FPD器件，初步获得空间分辨率与量子探测效率的信息。最终，优化并设计出最佳的工艺参数，确保可重复生长出满足器件应用需要的PbI2多晶膜材料。

碘化铅(PbI2)多晶膜材料是直接转换型数字X射线平板探测器(FPD)非常关键的部分之一。课题组按照研究目标和方案，对PbI2多晶膜在生长方法与工艺、材料结构与性能、探测器电学特性等方面进行了系统研究。重点研究生长大面积、高纯度、高密度、高电阻率、物理性能均匀的PbI2多晶膜的方法和工艺，实验各环节与材料微观结构、物理性能及器件应用之间的关系；并通过模型建立，阐明材料的工艺、结构、性能之间的关系与相互作用机制。分析了材料生长过程的动力学与热力学，为设计合理工艺参数提供理论依据；分析阐明了材料的生长工艺、晶体结构、光电性能之间的关系与规律，明确了生长高质量大尺寸PbI2多晶膜的技术方法和关键工艺参数；掌握了稳定和提升材料的射线响应性能的重要方法，并成功研制出单像素和3×4阵列室温X射线探测器，为研制大面积多像素阵列探测器奠定了重要基础。率先研究了基于PbI2晶片的柔性探测器在弯曲状态下的电学性质变化规律，为PbI2材料的柔性器件应用开辟了新的研究方向。自主开发的近空间气相沉积工艺技术(CSST)和专用设备，可在各类基片上生长大尺寸、高质量的PbI2多晶厚膜，可实现厚度50~1000μm，面积1~100cm2的PbI2多晶膜的连续可控生长，制备材料具有高度择优取向，结构稳定，电学性能优良且均匀，暗电流均为pA量级，X光响应时间为μs量级，信噪比高于30，满足FPD器件对光电导层的要求，为PbI2-FPD器件研究奠定了重要材料基础。