Development of a radiation detector based on perovskite semiconductors

基于钙钛矿半导体的辐射探测器的研制

• 批准号: 21K12525
• 负责人: 佐藤 敏幸
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Kyoto College of Medical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12525/
• 关键词: 放射線検出器; 有機無機半導体; ペロブスカイト半導体; 結晶成長; 晶析; 電荷注入阻止層

X線画像検出器の広視野、高感度、高空間分解能のために、ペロブスカイト半導体を用いた放射線検出器の開発を行っている。令和3年度は放射線検出器として動作させるために必要となる半導体層の厚膜化と、暗電流の低減化のための電荷注入阻止層の成膜に取り組んだ。令和4年度も引き続き厚膜化と暗電流低減に取り組んだ。また、放射線検出器の評価のための測定環境を整備した。【半導体膜の厚膜化】ペロブスカイト膜作製の手法として、ペロブスカイト溶液を基板上に滴下し、晶析によってペロブスカイト膜の厚膜化を図った。NMPとGVLの混合溶媒を使用することで、200μｍ前後の膜厚において均一な多結晶膜が得られた。膜質をX線回折、SEMなどで評価した結果、基板側と膜表面側の結晶粒の形状が異なることがわかり、結晶粒の均一化に取り組んだ。新たな成膜方式としてペロブスカイト溶液を微結晶が析出したコロイド溶液とし、これを基板に滴下焼成することで、膜厚500μｍの均一な多結晶膜を得ることができた。また、多結晶粒界に間隙が見られたため、コロイド溶液滴下後に追加のペロブスカイト溶液を滴下することで膜の緻密化を図った。【暗電流の低減】作製した多結晶膜は成膜ごとに暗電流にばらつきが見られたため、ばらつきの低減に取り組んだ。追加溶液の組成と濃度、滴下量を調整することで暗電流のばらつきが低減した。さらにアニリンを追加滴下することで暗電流自体を大きく低減することができた。【評価系の整備】作製した多結晶膜のX線検出特性を評価するため、多結晶膜を組み込む測定用筐体を作製した。また、多結晶膜からのX線照射による電流を測定する評価系を立ち上げた。電離箱によるX線発生器の線量測定を行い、作製した膜のX線特性評価を予備的に行った。線量と出力電流が比例することや、X線照射による時間応答を確認し、X線検出特性評価が可能なことを確認した。

我们正在开发使用钙钛矿半导体的辐射探测器，以实现 X 射线图像探测器的宽视场、高灵敏度和高空间分辨率。在 2021 财年，我们致力于增加作为辐射探测器运行所需的半导体层的厚度，并形成电荷注入阻挡层以减少暗电流。 2020财年，我们继续致力于增厚薄膜和减少暗电流。另外，准备了用于评价放射线检测器的测定环境。 [半导体膜的增厚] 作为钙钛矿膜的制作方法，将钙钛矿溶液滴在基板上，通过结晶化使钙钛矿膜增厚。使用NMP和GVL的混合溶剂，得到膜厚200μm左右的均匀的多晶膜。使用X射线衍射和SEM评价膜品质的结果发现，基板侧和膜表面侧的晶粒形状不同，因此努力使晶粒均匀。作为新的成膜方法，使用钙钛矿溶液作为析出微晶的胶体溶液，将其滴在基板上进行烧成，得到厚度为500μm的均匀的多晶膜。此外，由于在多晶晶界处观察到间隙，因此在添加胶体溶液后滴加额外的钙钛矿溶液以使膜致密化。 [暗电流的减少] 由于所制造的多晶膜根据成膜而表现出暗电流的变化，因此努力减少该变化。通过调整附加溶液的组成、浓度和滴加量来减少暗电流的变化。此外，通过额外滴加苯胺，可以显着减少暗电流本身。 [评价系统的制作] 为了评价所制作的多晶膜的X射线检测特性，制作了内置有多晶膜的测定用壳体。我们还推出了测量多晶薄膜 X 射线照射产生的电流的评估系统。使用电离室测量X射线发生器的剂量，并对所制作的膜的X射线特性进行初步评价。我们确认了剂量和输出电流成正比，并且确认了X射线照射引起的时间响应，并且可以评估X射线检测特性。

项目成果

放射線検出器作製のためのペロブスカイト半導体膜の厚膜化

用于制造辐射探测器的钙钛矿半导体薄膜增厚

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤敏幸