近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所喻學鋒、劉延亮團隊與醫工所葛永帥團隊合作，在權威刊物Advanced Science在線發表研究論文“PbI2-DMSO Assisted In-situ Growth of Perovskite Wafer for Sensitive Direct X-ray Detector”。 該成果聚焦鈣鈦礦直接型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問題，原創性地開發了一種鈣鈦礦晶體的原位生長技術，極大提高了鈣鈦礦晶片的光電性能，實現了高效直接X射線探測及掃描成像。本工作為制備高靈敏、高分辨直接X射線探測器提供了新的技術路線，有望應用于未來高端醫療影像診斷和芯片無損檢測等領域。喻學鋒研究員、葛永帥研究員和劉延亮副研究員為本文共同通訊作者，劉文俊碩士生和史桐雨博士生為本文的共同第一作者。
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論文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202204512
X射線探測在醫學診療、安防檢查、工業無損檢測等領域應用廣泛。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化效率低、可見光色散等難以克服的問題，導致探測靈敏度低、輻射劑量高、空間分辨率差，無法滿足高端醫學影像、芯片檢測等領域的需求。相比之下，基于半導體材料的直接X射線探測器可通過一次光電轉換，直接將X射線轉換成電信號，因此可具有更高的光電轉換效率、探測靈敏度和空間分辨率。然而，目前常用的直接X射線探測半導體材料面臨對X射線吸收弱（硅、非晶硒）、熱穩定性差（非晶硒）、造價高昂（碲化鎘、碲鋅鎘）等問題，極大地限制了其推廣應用。因此，發展新型高效半導體光電轉換材料是直接X射線成像探測器走向應用的關鍵。
近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦半導體憑借優異的本征性能，如重原子X光吸收、載流子遷移率高和壽命長等，在直接X射線探測領域備受關注。鈣鈦礦材料對X射線的探測靈敏度可達100000 μC Gyair-1cm-2，遠優于商用的硅、非晶硒、碲鋅鎘。通過簡單等靜壓方法制備的鈣鈦礦晶片尺寸和厚度可控，非常適用于直接X射線檢測。然而，鈣鈦礦晶片常常面臨晶體生長不完全、電荷缺陷密度高的問題，嚴重影響了X射線探測器的效率及工作穩定性。
針對上述問題，結合之前的研究基礎，從提升鈣鈦礦結晶度、降低鈣鈦礦晶片缺陷密度出發，本研究工作創新性地開發了一種PbI2-DMSO固體添加劑，促進了厚鈣鈦礦晶片的原位再生長，提高了材料的結晶度、降低缺陷密度、提高載流子遷移率和壽命。并且通過減緩鈣鈦礦的結晶過程，降低成核密度形成連續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1.58×104μC Gyair-1cm-2,最低可探測劑量可達410 nGyair s-1，并且用平面掃描的方式，實現了高清X射線探測成像。這項工作為鈣鈦礦材料開拓了新的應用方向，同時也為高質量鈣鈦礦晶片的制備提供了一種有效策略，具有很大科學和應用價值。
該研究工作獲得了國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金青年項目、中科院青年創新促進會、深圳市杰青及中科院特別研究助理等項目的資助。
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
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