安光所突破CsPbBr3半導體X射線探測器關鍵技術
時間：2025-03-21 作者：陳燃
近日,中國科學院合肥物質科學研究院安光所在下一代X射線探測器材料研究領域取得突破,成功解決了CsPbBr3半導體材料在輻射探測應用中的關鍵難題,為開發更安全、更精準的安全檢查、醫學影像等X射線成像裝備奠定了技術基礎。相關成果相繼發表于國際權威期刊Applied Physics Letters和Advanced Functional Materials。
研究團隊采用液氮制冷技術,成功將CsPbBr3單晶X射線探測器的檢測限提升至0.054 nGyair s?1,這意味著該探測器能夠捕捉到極其微弱的X射線信號。這一突破性進展得益于液氮低溫環境下CsPbBr3單晶中深能級缺陷的"凍結",使材料電阻率提升了兩個量級,顯著降低了探測器的噪聲水平。相關研究成果發表于Applied Physics Letters。安光所博士生趙嘯為該論文第一作者,王時茂副研究員、孟鋼研究員和方曉東研究員為該論文通訊作者。
針對CsPbBr3材料易發生離子遷移的難題,研究團隊與復旦大學方曉生教授團隊合作開發出獨特的晶界缺陷鈍化技術。通過引入晶界修飾劑,成功將低溫熱壓制備的CsPbBr3多晶材料的離子遷移激活能提高至0.56 eV,使探測器在100 V mm?1強電場下的暗電流漂移降低了兩個量級,展現出優異的抗偏壓穩定性。基于該技術制備的CsPbBr3多晶X射線探測器檢測下限達到9.41 nGyair s?1,性能可媲美CsPbBr3單晶X射線探測器,同時具備高對比度X射線成像能力。相關研究成果發表于Advanced Functional Materials。趙嘯為該論文第一作者,王時茂副研究員、孟鋼研究員以及復旦大學方曉生教授為共同通訊作者。
這項技術的突破,意味著未來X光檢查所需的輻射劑量可能大幅降低,特別有利于兒童和孕婦等敏感人群的醫療檢查。該研究成果不僅為開發新一代高性能X射線探測器提供了技術路線,還將推動射線成像設備向更安全、更精準的方向發展。
相關研究得到了國家自然科學基金、核探測與核電子學國家重點實驗室以及量子光學與光量子器件國家重點實驗室開放課題等項目的資助。
論文鏈接:
https://doi.org/10.1063/5.0224223;
http://doi.org/10.1002/adfm.202500039;
CsPbBr3多晶塊材晶界修飾前后X射線成像結果對比