氧化铅薄膜的制备及其X射线光电导特性的研究

论文摘要

在过去的一个世纪里，X射线成像技术经历了三个历史发展阶段，分别是胶片-增感屏成像技术、计算机X射线成像技术和数字X射线成像技术，它在医学、检测以及工业无损探伤等方面发挥了巨大的作用。随着信息数字化的迅速发展，数字成像技术成为X射线成像探测发展的潮流。现在许多X射线探测材料依赖的是间接转换原则，即将X射线转化为可见光，然后由可见光光电二极管阵列探测。而另一种模式是探测器直接把半导体材料吸收的X射线转化为电子空穴对产生电信号。与间接转换的探测器相比，直接转换材料由于较高的电荷产生量，因而具有较高的空间分辨率和信噪比。另外，由于直接转换材料不需要光电二极管阵列进行探测，所以制造方面也更加的简单。PbO是一种传统的n型氧化物半导体材料，是一种很有前景的X射线探测材料，具有低的工作电场1V/μm、低的电子空穴对产生能5-6eV、平均原子序数高、禁带宽度大和基底温度低等特性。PbO是一种对X射线非常敏感的半导体光电材料，在整个波段范围内均有很强的光电特性，而且X射线荧光造成的噪音比较小，因此空间分辨率高。不管是静态还是动态应用，作为直接X射线转换器，PbO有望成为一种很有前景的高分辨率探测器。本文综述了X射线探测器的发展历程、X射线光电导材料和金属氧化物薄膜的一些主要制备方法和表征技术。我们采用直流磁控溅射的方法制备了PbO薄膜，并研究了不同工艺参数对PbO薄膜光学性质、晶体结构、X射线光电导特性、表面形貌和元素成分的影响。研究结果表明：直流磁控溅射法可以制备出四方晶系结构的PbO和正交晶系结构的PbO，两种结构的PbO薄膜均具有X射线光电导特性，但四方晶系结构的PbO比正交晶系结构的PbO光电导现象明显。退火处理使得薄膜原生载流子浓度下降，有利于提高薄膜的光电导效应。此外，随着氧流量的增加，薄膜的表面形貌变得平整、光滑；退火处理使得薄膜的晶粒尺寸变大，提高了薄膜的结晶性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 X 射线探测器发展概述
• 1.2.1 胶片成像
• 1.2.2 计算机 X 射线成像术（CR）
• 1.2.3 数字 X 射线成像术（DR）
• 1.2.3.1 从 X 射线转换层的角度分析 DR
• 1.2.3.2 从信号检测器的角度分析 DR
• 1.3 直接转换 X 射线探测材料
• 1.3.1 光电导的基本原理
• 1.3.2 X 射线光电导材料的要求
• 1.3.3 X 射线光电导材料
• 1.3.3.1 非晶硒（a-Se）
• 1.3.3.2 碘化汞（HgI2）
• 1.3.3.3 碘化铅（PbI2）
• 1.3.3.4 碲锌镉（CdZnTe，CZT）
• 1.4 PbO 的基本性质和应用
• 1.4.1 PbO 的基本性质
• 1.4.2 PbO 的应用
• 1.4.2.1 光存储器件
• 1.4.2.2 氧化铅靶摄像管
• 1.4.2.3 X 射线探测与成像
• 1.5 氧化物薄膜的制备工艺
• 1.5.1 真空蒸发镀膜法（VE）
• 1.5.2 化学气相沉积（CVD）
• 1.5.3 溶胶-凝胶法（Sol-gel）
• 1.5.4 喷雾热解法（SP）
• 1.5.5 激光脉冲沉积（PLD）
• 1.5.6 磁控溅射法（MS）
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 第2章 薄膜的制备及其表征技术
• 2.1 直流反应磁控溅射
• 2.1.1 溅射镀膜原理
• 2.1.1.1 辉光放电
• 2.1.1.2 溅射特性和机理
• 2.1.1.3 溅射离子成膜过程
• 2.1.2 直流磁控溅射的原理
• 2.1.2.1 直流磁控溅射的基本原理
• 2.1.2.2 直流磁控溅射的特点
• 2.1.3 直流磁控溅射系统
• 2.2 薄膜性能的表征
• 2.2.1 薄膜晶体结构的测试
• 2.2.2 薄膜光学性质的测试
• 2.2.3 薄膜表面形貌的分析
• 2.2.4 薄膜光电导特性的分析
• 2.2.5 薄膜元素成分的分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 PbO 薄膜的制备及其光学性能
• 3.1 薄膜制备准备工作
• 3.2 PbO 薄膜的制备
• 3.3 PbO 薄膜的光学性能
• 3.3.1 PbO 薄膜的透射谱
• 3.3.2 PbO 薄膜的折射率
• 3.3.3 PbO 薄膜的厚度
• 3.3.4 PbO 薄膜的吸收系数和消光系数
• 3.3.5 PbO 薄膜的禁带宽度
• 3.4 本章小结
• 第4章 PbO 薄膜的 X 射线光电导特性研究
• 4.1 氧流量对 PbO 薄膜性能的影响
• 4.1.1 不同氧流量对 PbO 薄膜晶体结构的影响
• 4.1.2 不同氧流量对 PbO 薄膜 X 射线光电导的影响
• 4.2 退火温度对 PbO 薄膜性能的影响
• 4.2.1 退火温度对 PbO 薄膜晶体结构的影响
• 4.2.2 退火温度对 PbO 薄膜 X 射线光电导的影响
• 4.3 沉积时间对 PbO 薄膜晶体结构的影响
• 4.4 PbO 薄膜的表面形貌和成分分析
• 4.4.1 PbO 薄膜的表面形貌分析
• 4.4.2 PbO 薄膜的成分分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要