中国科学院在钙钛矿X射线探测及成像研究方面取得进展

MEMS 2024-04-21 00:02

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近日，中国科学院合肥物质院固体所研究团队在钙钛矿X射线探测及成像研究方面取得新进展。研究人员创新性地提出了一种名为“异相铰连策略（Out-of-Phase Articulation Strategy, OPAS）”的新思路，将异相CsPb2Br5钙钛矿掺入CsPbBr3体相之中，从而构建电子（空穴）快速通道，实现体相载流子的高速率传输，获得了2.58×10⁵ μC Gyair⁻¹ cm⁻²的高X射线探测灵敏度和127.9 nGyair⁻¹的低检测限，与TFT板集成可实现X射线成像。相关成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

与传统的α-Se、CsI和CdZnTe等探测器材料相比，金属卤化物钙钛矿因其高灵敏度、低探测限以及优异的空间分辨率，已在医疗影像、无损检测和安全检查等领域展示出广阔的应用前景。特别是无机钙钛矿CsPbBr3，以其出色的环境稳定性和高温可塑性在众多钙钛矿材料中脱颖而出。然而，CsPbBr3通常以单晶形式被报道，制备难度大且成本高。多晶形式制备的CsPbBr3器件，则会出现体相载流子迁移率极低的情况，这对于其用于阵列成像有较大的限制。

固体所能源材料与器件制造研究部的研究人员提出“异相铰连策略”，在CsPbBr3的晶界中铰接2D CsPb2Br5的第二相。2D结构CsPb2Br5的引入不会导致电流基线的降低，相反，它提高了CsPbBr3体内的载流子迁移率。2D CsPb2Br5在CsPbBr3的晶界中建立电子（空穴）加速通道，在X射线照射下，通过施加25 V低电压，实现了2.58×10⁵ μC Gyair cm⁻²的高灵敏度，并在0.5 V电压下具有127.9 nGyair s⁻¹的最小检测极限，获得了1.57 lp mm⁻¹的高空间分辨率（MTF=0.2）。