一种基于二维钙钛矿晶体的光子计数探测器及X射线设备的制作方法

本申请属于光子计数探测器，尤其涉及一种基于二维钙钛矿晶体的光子计数探测器及x射线设备。

背景技术：

1、随着x射线成像技术的不断发展，x射线成像设备在医疗诊断、工业无损检测等领域得到了广泛应用。作为x射线成像设备的核心部件，探测器的性能直接影响着成像质量。近年来，光子计数探测器(photon counting detector，pcd)因其能够提供能量分辨信息、降低辐射剂量、提高对比度等优势，成为了研究热点。

2、然而，x射线光子在探测器中产生的电荷云扩散到相邻像素时，导致单个光子被多个像素同时记录，造成能谱失真和空间分辨率下降。现有的光子计数探测器仍然面临着电荷共享效应的挑战，这严重限制了像素尺寸的进一步缩小，从而限制了成像的空间分辨率。

3、目前，改善电荷共享效应的方法主要包括提升高压或降低晶体厚度。提升高压可以加速电荷收集，减少电荷扩散的时间，但会导致漏电流增加，降低信噪比；降低晶体厚度可以减少电荷在晶体中的扩散距离，但会导致高能光子的吸收效率不足，降低探测效率。此外，一些研究采用抗电荷共享的逻辑电路来抑制电荷共享效应，但这种方法会增加探测器的死时间，降低最大接收光子通量，且不能完全消除电荷共享效应。对于传统的三维钙钛矿晶体，由于其各向同性的电荷传输特性，电荷在各个方向上的扩散速度相近，难以有效控制电荷的扩散方向，导致电荷共享效应显著。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种基于二维钙钛矿晶体的光子计数探测器及x射线设备，二维钙钛矿晶体的层间方向与对应小像素的窄边方向一致，从而提升对应方向的成像分辨率。

2、在一些实施例中，提供一种基于二维钙钛矿晶体的光子计数探测器，所述光子计数探测器包括：

3、多个二维钙钛矿晶体模块，每个所述二维钙钛矿晶体模块包括至少一个晶体单元，所述晶体单元的晶面具有层间方向和面内方向；

4、平面电极，设置在所述晶体单元一端；

5、像素电极，设置在所述晶体单元与所述平面电极相对的另一端；

6、所述像素电极包括多个像素单元，每个所述像素单元具有窄边和长边，所述像素单元的窄边的延伸方向与所述层间方向一致。

7、在一些实施例中，所述像素单元的长边的延伸方向与所述晶体单元的层面面内方向一致平行，所述层间方向垂直于所述晶体单元的层面。

8、在一些实施例中，所述像素单元的窄边和长边的长度比k的范围为0.002

9、在一些实施例中，每个晶体单元沿层间方向的厚度为0.01mm-100mm，每个像素单元的窄边长度为0.005mm-1mm。

10、在一些实施例中，每个像素电极对应的多个像素单元沿第一方向和第二方向成阵列排布，所述第一方向与所述层间方向一致，所述第二方向与所述晶体单元的层面平行面内方向一致。

11、在一些实施例中，所述二维钙钛矿晶体模块的二维钙钛矿材料的结构通式为l2an-1bnx3n+1；

12、其中，n≥1，l为长链胺离子，a为阳离子，b为金属离子，x为卤素离子。

13、在一些实施例中，所述平面电极为阴极，所述像素电极为阳极；

14、所述平面电极为覆盖所述晶体单元一端的整面金属阴极。

15、在一些实施例中，提供一种x射线设备，包括如上任一项所述的光子计数探测器。

16、在一些实施例中，每个二维钙钛矿晶体模块包括多个晶体单元，所述多个二维钙钛矿晶体模块内的多个晶体单元沿第一方向和第二方向成阵列排布，所述第一方向与所述层间方向一致，所述第二方向与所述晶体单元的层面平行面内方向一致。

17、在一些实施例中，x射线设备包括ct设备、dr设备、工业无损检测设备、或粒子探测设备或安检设备。

18、本申请的一些实施例中，利用二维钙钛矿晶体结构中不同晶面上的电荷迁移率的巨大差异，在面内进行有效的电荷输运，层间形成电荷共享的天然屏障，有效抑制了pcd中的电荷共享效应，从而实现更小的像素尺寸，提高成像的空间分辨率。

19、本申请的一些实施例中，通过设计二维钙钛矿的层间方向与对应小像素的窄边方向一致，可以根据实际应用需求灵活选择小像素化的方向。当设计二维钙钛矿晶体的层间结构为x方向，面内结构为yz平面时，可实现x方向的小像素化；当设计二维钙钛矿晶体的层间结构为z方向，面内结构为xy平面时，可实现z方向的小像素化。

20、与现有技术相比，本申请一些实施例中，避免了提升高压导致的漏电流增加或降低晶体厚度导致的高能光子吸收效率不足的问题，同时无需依赖抗电荷共享的逻辑电路，不会增加探测器的死时间或降低最大接收光子通量，从而在保持高效探测性能的同时提高了空间分辨率。

1.一种基于二维钙钛矿晶体的光子计数探测器，其特征在于，所述光子计数探测器包括：

2.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，所述像素单元的长边的延伸方向与所述晶体单元的层面平行，所述层间方向垂直于所述晶体单元的层面。

3.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，所述像素单元的窄边和长边的长度比k的范围为0.002

4.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，每个所述晶体单元沿所述层间方向的厚度为0.01mm-100mm，每个所述像素单元的窄边长度为0.005mm-1mm。

5.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，每个所述像素电极的多个所述像素单元沿第一方向和第二方向成阵列排布，所述第一方向与所述层间方向一致，所述第二方向与所述晶体单元的层面平行。

6.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，所述二维钙钛矿晶体模块的二维钙钛矿材料的结构通式为l2an-1bnx3n+1；

7.如权利要求1所述的光子计数探测器，其特征在于，所述平面电极为阴极，所述像素电极为阳极；

8.一种x射线设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的光子计数探测器。

9.如权利要求8所述的x射线设备，其特征在于，每个所述二维钙钛矿晶体模块包括多个晶体单元，所述二维钙钛矿晶体模块内的多个所述晶体单元沿第一方向和第二方向成阵列排布，所述第一方向与所述层间方向一致，所述第二方向与所述晶体单元的层面平行。

10.如权利要求8所述的x射线设备，其特征在于，所述x射线设备包括ct设备、dr设备、工业无损检测设备、粒子探测设备或安检设备。