近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院先進材料科學(xué)與工程研究所研究員喻學(xué)鋒、副研究員劉延亮團隊與生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所研究員葛永帥團隊合作，在Advanced Science期刊上，在線發(fā)表了題為PbI2-DMSO Assisted In-situ Growth of Perovskite Wafer for Sensitive Direct X-ray Detector的研究論文。該研究聚焦鈣鈦礦直接型X射線探測器中鈣鈦礦晶片材料缺陷密度高、載流子傳輸效率低的科學(xué)問題，原創(chuàng)性地開發(fā)出鈣鈦礦晶體的原位生長技術(shù)，提高了鈣鈦礦晶片的光電性能，實現(xiàn)了高效直接X射線探測及掃描成像。該工作為制備高靈敏、高分辨直接X射線探測器提供了新的技術(shù)路線，并有望應(yīng)用于未來高端醫(yī)療影像診斷和芯片無損檢測等領(lǐng)域。

X射線探測在醫(yī)學(xué)診療、安防檢查、工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，目前商用的閃爍體間接X射線探測器存在二次光電轉(zhuǎn)化效率低、可見光色散等問題，導(dǎo)致探測靈敏度低、輻射劑量高、空間分辨率差，無法滿足高端醫(yī)學(xué)影像、芯片檢測等領(lǐng)域的需求。相比之下，基于半導(dǎo)體材料的直接X射線探測器可通過一次光電轉(zhuǎn)換，直接將X射線轉(zhuǎn)換成電信號，具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率、探測靈敏度和空間分辨率。然而，當(dāng)前常用的直接X射線探測半導(dǎo)體材料面臨對X射線吸收弱（硅、非晶硒）、熱穩(wěn)定性差（非晶硒）、造價高昂（碲化鎘、碲鋅鎘）等問題，限制了其推廣應(yīng)用。因此，發(fā)展新型高效半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料是直接X射線成像探測器走向應(yīng)用的關(guān)鍵。

近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體憑借優(yōu)異的本征性能，如重原子X光吸收、載流子遷移率高和壽命長等，在直接X射線探測領(lǐng)域備受關(guān)注。鈣鈦礦材料對X射線的探測靈敏度可達100000 μC Gyair?1cm?2，優(yōu)于商用的硅、非晶硒、碲鋅鎘。研究顯示，通過簡單等靜壓方法制備的鈣鈦礦晶片，尺寸和厚度可控，適用于直接X射線檢測。然而，鈣鈦礦晶片面臨晶體生長不完全、電荷缺陷密度高的問題，影響X射線探測器的效率和工作穩(wěn)定性。

本研究從提升鈣鈦礦結(jié)晶度、降低鈣鈦礦晶片缺陷密度出發(fā)，創(chuàng)新性地開發(fā)了PbI2-DMSO固體添加劑，促進了厚鈣鈦礦晶片的原位再生長，提高了材料的結(jié)晶度，降低了缺陷密度，提高了載流子遷移率和壽命。該研究通過減緩鈣鈦礦的結(jié)晶過程，降低成核密度形成連續(xù)的大晶粒鈣鈦礦晶片，進一步促進器件表面晶界融合、提高電荷傳輸性能，從而獲得高效鈣鈦礦直接X射線探測器。探測器靈敏度可達1.58×10?μC Gyair?1cm?2，最低可探測劑量可達410 nGyair s?1，同時，采用平面掃描的方式，實現(xiàn)了高清X射線探測成像。該工作為鈣鈦礦材料開拓了新的應(yīng)用方向，并為高質(zhì)量鈣鈦礦晶片的制備提供了有效策略，頗具科學(xué)價值和應(yīng)用價值。

原位生長鈣鈦礦晶片用于高靈敏直接X射線探測

X射線探測掃描成像

研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點項目、國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目、中科院青年創(chuàng)新促進會、深圳市等的支持。

審核編輯：郭婷