基于宏孔硅的X射线闪烁屏制备技术研究

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传统的薄膜晶柱状X射线闪烁屏由于存在光串扰的问题,导致其分辨率不高。虽然降低其厚度可以提高分辨率,但同时也降低了其探测效率。而基于宏孔硅的X射线闪烁屏不仅能解决光串扰的问题,还能保证其厚度,进一步提高闪烁性能。目前此类X射线闪烁屏已经成为研究主流,因此本文开展了基于宏孔硅的X射线闪烁屏制备技术研究。通过Geant4软件,建立了基于宏孔硅的X射线Cs I(Tl)闪烁屏模型,模拟分析了X射线能量和闪烁屏厚度对闪烁屏光输出的影响。模拟结果表明:随着X射线能量增加,闪烁屏底端输出光子数先急剧增加,在达到顶峰后逐渐减小;在相同能量的X射线下,随着闪烁屏厚度的增加,底面接收光子数逐渐增多,最终趋近于饱和状态。通过光刻、电感耦合等离子体刻蚀、光电化学腐蚀、整形、氧化等工艺制备出宏孔硅基体,采用真空熔融填充法来实现Cs I(Tl)深孔阵列的填充,制备出基于宏孔硅的X射线闪烁屏。研究了宏孔硅基体整形工艺,分析了四甲基氢氧化铵溶液温度和浓度对宏孔硅基体整形的影响。研究表明(100)和(110)晶面腐蚀速率的比值是决定开口面积比的根本因素。研究了硅的热氧化工艺,对比了干氧和湿氧在不同时间下生成的Si O2反射层厚度。观察闪烁屏正面和剖面扫描电子显微镜照片,发现闪烁屏填充情况良好,只有通道底部存在很小空隙。研究了闪烁屏厚度、掺Tl+浓度和填充温度对其性能的影响。利用搭建的X射线成像装置,获得各种闪烁屏的X射线成像图,用Matlab软件对成像图进行分析。结果表明:闪烁屏厚度越大,闪烁屏平均灰度值越大。随着掺Tl+浓度的增加,其灰度值呈先向上升后下降状态。掺Tl+浓度为0.09 mol%时,发光强度最高。并且随着掺Tl+浓度的增加,X射线发射光谱的发光峰向长波方向移动。填充温度为660℃的闪烁屏成像效果优于其它填充温度。
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