用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于直接式x射线成像器件制备领域，具体涉及用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料及其制备方法。
背景技术：
2.x射线成像的一些基本信息。目前x射线探测器可分为直接型探测器和间接探测器。间接式x射线探测器是将具有高光子能量的x射线转换为低能量的紫外线/可见光光子，再进一步被阵列光电探测器检测成像。在直接型探测器中，探测材料可以将高能辐射直接转化为电信号。常见的直接型探测材料包括a-se,hgi2,pbi2,cdznte等。钒酸铋(bivo4)是一种廉价、无毒、耐腐蚀的材料，常用作光催化和黄色颜料。但其在x射线成像领域却鲜有报道。阵列化成像是将探测材料集成到阵列基板上，通过读取电路直接一次性读出所有像素点的信号电流。钒酸铋材料想要作直接式x射线阵列化成像，就必须要具备灵敏度高、电流噪声小、空间分辨率高等性能，而现有钒酸铋材料的性质无法满足以上要求。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料及其制备方法，通过对钒酸铋材料进行掺杂，发现掺杂co后材料的载流子迁移率提高、迁移率寿命积提高、载流子浓度降低，这使得钒酸铋材料的灵敏度提高，信号电流噪声降低，成功将钒酸铋陶瓷掺杂改性并集成到阵列化基板上，实现了其对x射线的阵列化成像。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料，改性钒酸铋材料的化学式为(a)
x
bi
1-x
(b)
yv1-y
oz，其中0≤x≤1，0≤y≤1， 0≤z≤4，x和y不同时为零，其中a、b均为金属阳离子。
5.作为可实施例的一种，所述a为co、fe、la任意一种。
6.作为可实施例的一种，所述a为co。
7.作为可实施例的一种，所述b为mo。
8.作为可实施例的一种，用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料的制备方法，包括以下步骤：s1、钒酸铋粉体的制备将5mmol的bi(no3)3•
5h2o溶解到20ml浓度为2m的硝酸中，作为溶液ⅰ；所述溶液ⅰ中溶解有所述a和所述b；将5mmol的nh4vo3溶解到20ml水中，60℃加热搅拌30min，作为溶液ⅱ；将溶液ⅱ缓慢滴加到溶液ⅰ中，使用氢氧化钠溶液调节溶液ph至8，调节过程中在60℃加热搅拌30min，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液转移到反应釜中，使用微波加热，在180℃下保温2h，得到反应
产物；将所述反应产物用乙醇、去离子水反复清洗，干燥，得到钒酸铋粉体；s2、钒酸铋陶瓷的制备使用2wt% pva水溶液作粘黏剂，将1g所述钒酸铋粉体与1ml粘连剂放入研钵中研磨均匀，并用红外灯将浆料烤干去除水分，再使用研钵研磨得到含有粘黏剂的粉体；将所述粉体放入φ7mm的不锈钢模具中，使用液压设备对不锈钢模具施加15mpa的压力，保压5min，脱模得到由钒酸铋粉体压制成的钒酸铋块体；将所述钒酸铋块体放入管式炉中，管式炉中通氮气，700℃高温加热8h，冷却后得到钒酸铋陶瓷。
9.作为可实施例的一种，将所述钒酸铋陶瓷用于制备直接式x射线成像器件，具体包括以下步骤：将tft成像基板和所述钒酸铋陶瓷清洗干净，在钒酸铋陶瓷表面旋涂一层导电石墨胶作粘连剂，其后使用热压设备将钒酸铋陶瓷和tft成像基板压制在一起；在压制后的钒酸铋陶瓷表面蒸镀一层导电材料作背电极，蒸镀材料为金、银、铜、ito等；最后从导电基板上引出线路得到直接式x射线成像器件。
10.本发明的有益效果是：对钒酸铋材料进行掺杂（co），使得材料的载流子迁移率提高、迁移率寿命积提高、载流子浓度降低，钒酸铋材料的灵敏度可提高到1500μc g
air-1cm-2
，信号电流噪声降低，探测下限达到28.17 g
air-1
s-1
，使得改性钒酸铋材料成功集成到阵列化基板上，实现了其对x射线的阵列化成像。
附图说明
11.图1为直接式x射线成像器件结构示意图；图2为直接式x射线成像器件俯视图；图3为掺杂不同元素后钒酸铋材料的载流子迁移率变化图；图4为掺杂不同元素后钒酸铋材料信号电流和偏置电压变化图；图5为掺杂co前后钒酸铋材料在不同电压下的灵敏度对比图；图6为掺杂co前后钒酸铋材料的探测下限对比图；图7为掺杂co前后钒酸铋材料在不同计量x射线下的信号电流对比图；图8为掺杂co前后钒酸铋材料的xrd图谱；图9为成像的物品图；图10为成像结果图。
具体实施方式
12.下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例
13.用作直接式x射线阵列化成像器件的掺杂改性钒酸铋材料，改性钒酸铋材料的化
学式为(a)
x
bi
1-x
(b)
yv1-y
oz，其中0≤x≤1，0≤y≤1， 0≤z≤4，其中a为co或fe或la离子，b为mo离子；其制备方法，包括以下步骤：s1、钒酸铋粉体的制备将5mmol的bi(no3)3•
5h2o溶解到20ml浓度为2m的硝酸中，作为溶液ⅰ；所述溶液ⅰ中溶解有所述a和所述b的任意一种或两种；将5mmol的nh4vo3溶解到20ml水中，60℃加热搅拌30min，作为溶液ⅱ；将溶液ⅱ缓慢滴加到溶液ⅰ中，使用氢氧化钠溶液调节溶液ph至8，调节过程中在60℃加热搅拌30min，得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液转移到反应釜中，使用微波加热，在180℃下保温2h，得到反应产物；将所述反应产物用乙醇、去离子水反复清洗，干燥，得到钒酸铋粉体；s2、钒酸铋陶瓷的制备使用2wt% pva水溶液作粘黏剂，将1g所述钒酸铋粉体与1ml粘连剂放入研钵中研磨均匀，并用红外灯将浆料烤干去除水分，再使用研钵研磨得到含有粘黏剂的粉体；将所述粉体放入φ7mm的不锈钢模具中，使用液压设备对不锈钢模具施加15mpa的压力，保压5min，脱模得到由钒酸铋粉体压制成的钒酸铋块体；将所述钒酸铋块体放入管式炉中，管式炉中通氮气，700℃高温加热8h，冷却后得到钒酸铋陶瓷；s3、直接式x射线成像器件的制备 将tft成像基板和所述钒酸铋陶瓷清洗干净，在钒酸铋陶瓷表面旋涂一层导电石墨胶作粘连剂，其后使用热压设备将钒酸铋陶瓷和tft成像基板压制在一起；在压制后的钒酸铋陶瓷表面蒸镀一层导电材料作背电极，蒸镀材料为金、银、铜、ito等；最后从导电基板上引出线路得到直接式x射线成像器件。
14.对改性后的钒酸铋材料进行性能检测，检测结果见图3-8，由图8可知，掺杂后target组的(040)峰明显增强，这意味着掺杂co后的钒酸铋材料暴露的(040)表面更多。在单斜相的钒酸铋材料中(040)峰对应的(010)面比其他面具有更高的载流子迁移率，因此掺杂co后载流子迁移率明显提高。按照tof(time-of-flight)法测量掺杂不同元素后钒酸铋材料的载流子迁移率，如图3所示。从图中可以得到载流子的传递时间(t
tr
)，由公式(1)，其中d为陶瓷片厚度，v为施加的偏压。计算出掺杂co后迁移率从3.24
×
10-2
cm2·
v-1
·
s-1
提高到6.81
×
10-2
cm2·
v-1
·
s-1
，掺杂la后迁移率没有明显变化，掺杂mo、fe以及共掺co mo后迁移率降低。此外，还测量了光照下信号电流和偏置电压的关系，如图4所示。利用简化的hecht方程拟合曲线可以计算出材料的迁移率寿命积(μτ积)。由计算结果知掺杂co和la后μτ积由5.84
×
10-5
cm2·
v-1
分别提高到9.03
×
10-5
cm2·
v-1
和8.47
×
10-5
cm2·
v-1
，掺杂mo、fe以及共掺co mo后μτ积降低。根据以上实验结果可知，在掺杂co后钒酸铋材料的载流子迁移率和迁移率寿命积明显提高，这使得器件传输、收集载流子的能力提高。将掺杂co作为目标组（target）进行后续测试，在相同x射线计量下器件的信号电流会有明显提升(如图7所示)，灵敏度由980μc g
air-1cm-2
提高到1500μc g
air-1cm-2
(如图5所示)。
15.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
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(2)对钒酸铋材料进行了霍尔测试，测试结果显示，载流子浓度从1.44
×
108cm-3
降低到1.01
×
108cm-3
，表明掺杂co后的钒酸铋材料中可移动的载流子数量减少，这可以解释掺杂co后钒酸铋的噪声电流明显减小(如图7所示)。snr(signal to noise ratio)信噪比是信号电流强度和噪声电流强度的比值，snr=3时的剂量率作为探测下限。因为在相同剂量的x射线照射下，掺杂co的钒酸铋材料有更大的信号电流和更小的噪声电流，所以target的探测下限从197.4 ngy
air
s-1
降低到28.17 ngy
air
s-1
（如图6可知）。
16.将钒酸铋探测器在x射线下进行成像测试。用于成像的物品如图9所示，为汉字“生活明朗”金属片。成像结果如图10所示，可以看出，在x射线下可以很清晰地成像。
17.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。