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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2007.tde-12032008-104152
Document
Author
Full name
José Fernando Condeles
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2007
Supervisor
Committee
Mulato, Marcelo (President)
Ghilardi Netto, Thomaz
López, Johnny Vilcarromero
Silva, José Humberto Dias da
Zanatta, Antonio Ricardo
Title in Portuguese
Filmes finos de iodeto de chumbo como detector de raios-X para imagens médicas
Keywords in Portuguese
Filmes finos
materiais semicondutores
PbI2
spray pyrolysis
Abstract in Portuguese
Nos últimos anos, acentuou-se o interesse em materiais semicondutores com alto número atômico e larga banda de energia proibida para aplicações na detecção de radiação ionizante à temperatura ambiente, usando o método direto de detecção. Alguns materiais como o PbI2, HgI2, TlBr, CdTe and CdZnTe são bons fotocondutores e podem ser usados à temperatura ambiente. Como um bom candidato, o PbI2 apresenta uma banda de energia proibida acima de 2,0 eV, o qual quando operando à temperatura ambiente apresenta um baixo ruído, baixa corrente de fuga e alta coleta de cargas. O alto poder de frenamento da radiação ionizante é devido ao alto número atômico e alta densidade. Pesquisadores buscam métodos alternativos que minimizem o tempo de deposição e barateiem o custo dos filmes finos de materiais semicondutores candidatos em aplicações médicas, como detector de raios-X à temperatura ambiente para radiografias digitais. Neste sentido, apresentamos dois métodos para a deposição de filmes finos policristalinos de iodeto de chumbo (PbI2). As técnicas de spray pyrolysis (SP) e evaporação de solvente em estufa (ES) foram usadas para a fabricação de filmes finos de PbI2 com relativo baixo tempo de deposição. A técnica de SP foi adotada com o uso de água milli-Q e N.N-dimetilformamida (DMF) como solventes, variando os parâmetros de deposição. No primeiro caso, para uma deposição otimizada na temperatura de 225ºC e concentração de solução de PbI2 3,1 g/l, uma taxa de deposição de aproximadamente 3,3 Ås-1 foi obtida. O solvente orgânico DMF foi usado para dissolver o PbI2 com alta eficiência no crescimento do material, sendo que uma taxa de crescimento de 20Å/s até 50 Å/s foi obtida como uma função da taxa de solução e um comportamento linear foi observado. Posteriormente, usando a técnica de ES, foram depositados filmes finos usando DMF como solvente com concentração de 150 g/l. Filmes de 6 ?m de espessura foram obtidos com substratos completamente recobertos. Ambos os filmes depositados com DMF (spray pyrolysis e evaporação de solvente) apresentaram cristalização do politipo 4H. No entanto, a cristalização nessa forma se mostra com menor ocorrência nos filmes depositados por evaporação de solvente, indicando um maior grau de ordenamento cristalino nesse material. Em adição, os detectores produzidos com os filmes finos foram expostos aos raios-X na faixa de diagnóstico mamografico usando uma fonte de raios-X com anodo de molibdênio (Mo) com filtro de Al de 0,5 mm de espessura. A fotocorrente é comparada com a corrente no escuro e uma resposta linear foi observada em função da exposição.
Title in English
Lead Iodide Thin Films as X-ray detectors for Medical Imaging
Keywords in English
lead iodide
semiconductors
spray pyrolysis
thin films
Abstract in English
In the last few years, great interest has been focused to high atomic number and wide band gap semiconductor materials for applications in room temperature ionizing radiation detection using the direct detection method. Some materials such as PbI2, HgI2, TlBr, CdTe and CdZnTe are good photoconductors and can be used at room temperature. As a good candidate, PbI2 presents a wide band gap (above 2.0 eV), what leads to low noise, low leakage current and large charge collection when the device is operated at room temperature. The high photon stopping power for ionizing radiation is due to the high atomic number and high density. Researchers seek alternative methods that minimize the time of deposition of thin films of promising semiconductor materials candidates for medical applications, such as room temperature X-rays detectors for digital radiography. For this application, large areas are also necessary. In this sense, we investigated two alternative methods for the deposition of polycrystalline thin films of lead iodide (PbI2). The spray pyrolysis (SP) and solution evaporation (ES) deposition techniques were used for fabrication of PbI2 thin films with relative low deposition time. The SP technique was adopted using milli-Q water and N.N-dimethylformamide (DMF) as solvents under varying deposition parameters. In the first case, for an optimized deposition temperature of 225ºC and concentration of PbI2 of 3.1 g/l a deposition rate of about 3.3 Å/s was obtained. The DMF organic solvent was used for dissolution of the PbI2 with higher efficiency on the growth of the film. A growth rate varying from 20 Å/s up to 50 Å/s was obtained as a function of solution rate and a linear behavior could be observed. After, using the ES technique, were obtained thin films deposited using DMF as solvent with concentration of 150 g/l. Thin films 6 ?m-thick were obtained with full coverage of the substrates. In addition, the detectors produced using the thin films were also exposed to X-ray in the range of mammography diagnosis, using as X-ray source a molybdenum (Mo) anode with 0.5 mm Al filtration. The photocurrent is compared to the dark current and a linear response was observed as a function of exposure.
 
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Tese_JFCondeles.pdf (4.93 Mbytes)
Publishing Date
2008-03-28
 
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