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超强激光科学卓越创新简报

(第四百四十六期)

2023年11月17日

上海光机所在基于界面工程的高灵敏度CsPbBr3单晶X射线探测器方面取得新进展

近期， 邵宇川研究员团队与华东理工大学开展合作，使用传输层材料BCP稳定Al金属电极，有效抑制离子迁移和电化学反应，大大提高了探测器的高偏压稳定性。相关成果以“Ultrasensitive and Robust CsPbBr3 Single-Crystal X-ray Detectors Based on Interface Engineering”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces上。

X射线广泛应用于医疗诊断、产品质检、科学研究及国防安全等领域。全无机CsPbBr3钙钛矿单晶由于较高的射线吸收能力和高的环境稳定性，在X射线探测领域具有巨大的应用潜力。通常来说，为了实现高探测灵敏度，最有效的办法是提高偏压。但高的偏压往往会造成高的暗电流、严重的基线漂移和大的噪声，无法实现稳定的X射线探测。

在本研究中，通过ToF-SIMS和XPS表征手段，证明了Au/BCP/C60/CsPbBr3/Au和Au/Al/CsPbBr3/Au两种器件结构稳定性差的原因，是电场诱导的离子迁移，从而导致严重的界面电化学反应。为了解决离子迁移所导致的界面反应，研究人员设计出Au/Al/BCP/C60/CsPbBr3/Au探测器结构。在Al/BCP界面层上，BCP分子的吡啶双氮原子可以与Al原子相互作用，从而形成稳定的Al/BCP螯合界面。稳定的Al-BCP螯合层可有效阻挡离子迁移和抑制界面电化学反应，将探测器的实际使用偏压提高至100 V/mm，最终实现了72721 µC Gyair-1 cm-2的灵敏度和15 nGyair s-1的低探测极限。同时，在200 nGyair s-1的低射线剂量下，我们实现了1 mm空间分辨率的X射线成像。界面螯合技术克服了钙钛矿辐射探测器由偏压引起的不稳定性，极大提升了探测器的实际使用性能。同时也展现出钙钛矿辐射探测器在医疗诊断、工业检测和科学研究等领域的应用潜力。

相关工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金和上海市探索者项目等基金的支持。

原文链接

图1 Al-BCP螯合层抑制离子迁移示意图及探测器性能对比图

图2 成像效果示意图

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