作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 薄膜x射线探测器及其特性
(一)基于2D快速原型的p-i-n薄膜x射线探测器装置结构示意图，由(BA)2(MA)2Pb3I10(称为Pb3)作为吸收层组成
(二)2D快速原型薄膜在同步辐射束下的GIWAXS图
混合钙钛矿材料和硅的计算线性x射线吸收系数(μl)作为入射辐射能量的函数
2D快速原型和硅参考装置在黑暗和x光下的伏安特性(10
91千电子伏)曝光
(五)零偏压下，2D快速原型(红色)和硅二极管(黑色)产生的作为x光剂量函数的x光电荷密度
从(E)中减去2D快速原型和硅参考探测器的暗噪声(信噪比)后的x光感应电荷密度
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aay0815 在《科学进展》的一份新报告中，蔡新汉和美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和阿尔贡国家实验室的材料、纳米技术、核工程和x光科学研究小组
S
演示了一种新的薄膜x光探测器原型
该装置包含高度结晶的二维(2-D) Ruddlesden-Popper (RP)相层状钙钛矿，并保持1012欧姆的高二极管电阻率
厘米，导致高达0的高x光检测灵敏度
276°C Gyar 1cm 3
承诺以最小的健康风险实现革命性的医学成像
该团队利用内置电位收集信号，其结果支持了现有坚固的初级光电流器件的运行
检测器产生大量的x光光子感应开路电压作为替代检测机制
这项工作为未来的x光成像技术提出了基于低成本层状钙钛矿薄膜的新一代x光探测器
固态辐射探测器可以直接将x光信号(辐射光子)转换成电流或电荷，具有出色的灵敏度和高计数率
该设备在满足医疗和安全应用以及高级光子源设施的关键需求方面，性能优于其他检测技术
为了确定设备的检测率或灵敏度，并解决高性能x光检测器中的上述暗噪声，科学家必须在反向偏置下最小化暗电流幅度，并解决低x光剂量下产生的电流
该工艺需要高纯度半导体和跨有源区的完全耗尽结，而用于检测的半导体材料也需要是坚固的
研究人员目前使用高纯度半导体单晶，在高电压下工作，跨越活性区域，以满足这些要求
然而，这种检测器需要跨越大厚度(~ 1 cm)的高工作电压，这导致了诸如电荷漂移或高制造成本的技术挑战，以在可扩展成像应用中保持大体积的单晶
x射线吸收作为层厚度的函数10
96千电子伏x光比较钙钛矿(Pb3)薄膜(红色)和硅器件(黑色)
学分:科学进步，doi: 10
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aay0815 在这项工作中，蔡等人
设计了一种新型的p-i-n结结构的薄膜器件(三个不同掺杂的区域夹在p-和n-掺杂的区域之间)，利用二维钙钛矿有效地探测x光光子
利用同步加速器掠入射广角x光散射(GIWAXS)测量，该团队证实了二维薄膜中优异的结晶度和优选的取向
为了测试钙钛矿作为辐射探测器的可行性，他们计算了作为三种不同材料的入射能量的函数的线性x光吸收系数(1)，其中钙钛矿材料的值比硅高10-40倍
该团队探索了在钙钛矿材料上观察到的强x光吸收，以实现电荷在两个电极上的传输和收集
二维快速原型装置的暗电流密度表明暗电流电阻率高达1012欧姆
由于pin结和其结构中有效的暗电流阻挡层
当他们将设备暴露在X射线源下时，研究小组观察到零偏置(短路)下X射线感应电流密度(Jx)大幅增加
同样，与硅二极管(约250毫伏)相比，二维器件的特点也有助于在短路时暴露在x光下时产生更大的650毫伏开路电压
设备特性
Pb3作为吸收层(470纳米厚度)在不同光子通量下2D快速原型薄膜x射线探测器响应的功率相关J-V特性
(二)不同反向偏压下的导通电流，作为2D快速原型装置的光子通量(单位为每秒计数)的函数
2D快速原型薄膜器件的电容-电压曲线(470纳米)
电容通过其在0偏置时的电容来归一化
开路电压(VOC)作为(D10)不同能量值的对数标度的归一化x射线束通量的函数
91千电子伏和(东)8
05千电子伏，用于2D快速原型(470纳米)和硅参考器件
由硬x射线(红色)激发的Pb3薄膜器件的光发射光谱，与由激光(405纳米)激发的Pb3薄膜(绿色)和Pb3单晶(蓝色)的光致发光光谱相比
a
u
，任意单位
学分:科学进步，doi: 10
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aay0815 为了了解高级检测器的性能，蔡等人
深入研究了器件的功率和场相关的电流密度特性
当他们绘制不同x光光子通量下的伏安曲线时，器件信号随着光子通量的减小而减小
进一步的观察表明，由于薄膜针结设计，x光照射下的电荷收集效率接近理想
结果表明，即使在低剂量曝光下，薄膜探测器的效率也很高
由于高载流子密度，器件中产生的高开路电压(挥发性有机化合物= 650毫伏)进一步表明，当挥发性有机化合物在实验期间与光子通量成线性比例时，它可用作替代检测参数
该小组随后通过在x光激发下探测其可见发射信号来测量钙钛矿薄膜的x光发光光谱
电离电荷复合途径有助于更深入地了解探测器的工作机制
根据这些观察，蔡等人
注意到当高能x光激发物质时，电荷雪崩并以更高的能量电离
然后电荷通过高能和低能状态传输，最终被收集，产生电信号
该过程允许高x光感应电流信号和高挥发性有机化合物的产生，而没有热损失，以证明在研究中x光检测的卓越性能
设备的时间响应和稳定性
(一)不同外加电阻下器件的瞬态光电流响应
脉冲激光激发下薄膜器件的时间分辨光电导率(375纳米)
(三)各种偏差下从(二)中提取的器件信号下降时间
(四)在连续硬x射线下工作的薄膜探测器的稳定性试验(10
短路条件下的暴露
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aay0815 薄膜二维器件结构的另一个优点包括大的内置场，这有助于快速提取x光载体
该团队在30个周期的电压扫描和x光曝光中稳定了器件的性能，并在偏置和x光曝光下显示了薄膜的稳定性
通过这种方式，蔡新汉和他的同事开发出了一种高质量的层状钙钛矿薄膜，从而设计出一种很有前途的探测辐射的候选材料
薄膜器件设计允许高灵敏度和改进的检测极限
该装置在低外部偏压下工作，可稳定检测低能x光和离子，在医学和空间科学中有广泛的潜在应用
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