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作者：梁城瑜苏州大学

学位级别：硕士

辐射探测在国防安检、医学诊疗、能源化工、航天航空等各个方面都起到了不容忽视的作用。近年来国家发改委对于多项应用高能射线的工程方案给予了充分的鼓励和支持,涉及应用辐射的各个行业领域不断发展的同时,对于辐射探测材料又提出了... 详细信息

辐射探测在国防安检、医学诊疗、能源化工、航天航空等各个方面都起到了不容忽视的作用。近年来国家发改委对于多项应用高能射线的工程方案给予了充分的鼓励和支持,涉及应用辐射的各个行业领域不断发展的同时,对于辐射探测材料又提出了更多更高的要求。科研工作者们在不断追求更加高效的辐射探测材料,要求材料能针对x射线、γ射线、中子等射线实现快速、高效以及高灵敏度的探测。金属有机框架材料是过去二十年内出现的新兴材料,由于其具有高度设计性、孔隙率高等独特优势,在吸附、分离、催化等各个领域都大显神通。金属有机框架材料应用于辐射探测领域是近五年才被探索的研究方向,目前已经发展了一系列新兴的闪烁体、剂量计等间接探测材料。然而,半导体与闪烁体探测材料相比具有很多天然优势,可是用半导体金属有机框架材料发展直接探测几乎一篇空白,相关探测器件的制备以及探测效率的提升等方向亟待发掘。本文将利用半导体金属有机框架材料作为研究平台,针对辐射探测材料前沿的瓶颈问题,瞄准最贴近人们日常生活的x射线来研发探测材料,通过结构设计、晶体合成、探测器器件设计组装、探测性能评估等方面,给辐射探测领域带来更多的可能性,具体研究内容如下:（1）第二章中,利用溶剂热条件,将具有高射线吸收系数的Pb2+离子与具有氧化还原活性的半导体类配体氯冉酸进行组装,成功合成出一例深棕色半导体金属有机框架材料SCU-13,通过单晶x射线衍射技术分析得到其晶体结构属于四方晶系三维孔道结构。晶体自身元素组成带来的高射线阻滞系数以及氧化还原配体之间的π-π堆积方式给整个骨架带来的优异电荷转移能力,我们将该结构应用于直接辐射探测领域。为了解决传统平板探测器刚性强、重量大的瓶颈问题,我们创造性地提出了柔性探测材料的设想。并在上述半导体金属有机框架材料的基础上,结合高分子柔性基质,制作了一种混合基质薄膜。新型柔性x射线检测器通过将半导体MOF热塑化分散在聚合物中,为设计发展具有高机械柔韧性和高电荷迁移率的探测材料开辟了新的方向。膜基探测器可以有效克服传统高压制备多晶器件晶界效应带来的载流子耗散的缺陷。更值得关注的是,该膜基射线探测器对比传统探测器最大的优势在于弯曲工况下的成像。我们通过实验验证了该材料在反复弯折数百次,以及探测器在弯曲到不同角度的两种工况下,探测信号依旧保持稳定。在上述基础之上,我们利用尺寸为4 cm×4 cm的柔性探测器实现了5×5像素的x射线成像工作,为今后平板探测器的改良提供了一种可行的方案。（2）第三章中,我们选择了一种已报道过的通过溶剂热反应生成的金属有机框架材料TbTATAB以及光敏材料罗丹明B（RhB）分子,研究该材料在孔道中吸附客体分子后的主客体相互作用对辐射探测效果的影响。该金属有机框架材料是选取Tb3+离子作为金属节点,2,4,6-三[（对羧基苯基）氨基]-1,3,5-三嗪（TATAB）作为有机配体构建的具有丰富孔隙的三维框架材料。其沿轴方向孔隙窗口大小达到23 A×27 A,其具备许多一维通道显示出潜在的大吸附能力,使RhB分子可以被吸附到孔中。该材料通过吸附的方式,使得载流子迁移率寿命积大大提升,进而让x射线探测变成可能。主客体作用后大大提升了探测灵敏度,实现可以媲美一些商业探测器的探测性能。针对这一现象,我们从实验以及计算层面,对于吸附过程以及电荷迁移过程的原理做出了深度探究。该工作对于半导体金属有机框架材料用于新兴方向的策略以及机理分析提供了一种新的思路,也为金属有机框架作为潜在的下一代探测材料提出了一个可行的方案。本文两个部分分别从探测材料的形态角度和探测材料的构效关系角度出发,提升了 x射线直接探测性能,目的是适应高能射线应用领域发展给探测材料提出的新要求,从而满足更多工况下的高效、低剂量探测。

关键词：金属有机框架材料柔性材料主客体相互作用半导体 x射线探测材料

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CMOS x射线图像传感器研究综述

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微纳电子与智能制造 2023年第3期5卷 41-52页

作者：杨京澳张晓龙彭家丽潘思宁任天令清华大学集成电路学院北京100084

x射线成像被广泛应用于医疗健康、工业探伤等领域。相比传统依赖化学显影的照相方式,基于CMOS工艺的x射线图像传感器具有实时输出、便捷性强、成本低、图像质量高等优势,正逐渐成为此领域发展的主流方向。本文将从CMOS x射线图像传感器... 详细信息

x射线成像被广泛应用于医疗健康、工业探伤等领域。相比传统依赖化学显影的照相方式,基于CMOS工艺的x射线图像传感器具有实时输出、便捷性强、成本低、图像质量高等优势,正逐渐成为此领域发展的主流方向。本文将从CMOS x射线图像传感器的检测原理与基本架构出发,介绍其材料优化、像素电路、阵列系统等方面的最新进展,并总结近20年间x射线图像传感器在像素数量、电路架构和工艺等维度的发展和演进趋势。

关键词： x射线成像图像传感器 x射线探测材料读出电路

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