突破瓶颈，Nature Photonics，高性能钙钛矿X射线探测器的新技术！
文摘
2024-11-03 07:30
青海
钙钛矿材料是一类重要的功能材料，因其优异的光电性能和多样的应用潜力，成为了研究热点。然而，其在X射线检测中的应用面临着离子迁移导致的噪声大和基线漂移等问题，这严重影响了探测器的性能。离子迁移会引起暗电流的增加和稳定性下降，从而降低了探测器的灵敏度和检测限。为了应对这些挑战，山东大学陶绪堂教授、张国栋教授团队合作提出了一种气氛控制的边界定义薄膜喂料生长（EFG）技术，用于生长高质量的形状控制CsPbBr3单晶。该技术在Ar和HBr混合气氛中进行，能够显著降低单晶的陷阱密度，提高电阻率（1.61× 1010 Ω cm）和离子迁移活化能（0.378 eV），从而减少漏电流和基线漂移。使用EFG-CsPbBr3单晶制造的X射线探测器展示了极低的暗电流漂移（1.68 × 10-9 μA cm-1 s-1 V-1）、极低的检测限（10.81 nGyair s-1）以及在5,000 V cm-1高电场下的高灵敏度（46,180 μC Gyair-1 cm-2）。此外，该探测器在30天内保持了稳定的响应。该研究提供了一种有效的策略，以提升铅卤化物钙钛矿单晶在高性能X射线检测中的应用表现。![]()
1.实验首次应用气氛控制的边界定义薄膜喂料生长（EFG）技术，在Ar和HBr混合气氛中成功生长了高质量的形状控制CsPbBr3单晶（SCs），获得了高电阻率（1.61 × 1010 Ω cm）和较大的离子迁移活化能（0.378 eV）。2.实验通过对比EFG-CsPbBr3单晶与垂直Bridgman（VB）-CsPbBr3单晶，发现EFG-CsPbBr3单晶具有更低的陷阱密度、较高的电阻率以及更大的离子迁移活化能，从而有效降低了漏电流和基线漂移。3. 基于EFG-CsPbBr3单晶的X射线探测器展示了平衡优异的性能，包括极低的暗电流漂移（1.68 × 10-9 μA cm-1 s-1 V-1）、极低的检测限（10.81 nGyair s-1）以及在5,000 V cm-1高电场下的高灵敏度（46,180 μC Gyair-1 cm-2）。此外，该探测器在30天内保持了稳定的响应。![]()
图1：导模法edge-defined film-fed growth，EFG生长的CsPbBr3单晶single crystals，SCs。![]()
图2：导模法EFG-CsPbBr3和垂直Bridgman法VB-CsPbBr3的光电性能比较。![]()
图3：导模法EFG-CsPbBr3和垂直Bridgman法VB-CsPbBr3的离子迁移特性。 ![]()
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本文采用气氛控制的边界定义薄膜喂料生长（EFG）技术显著提高了CsPbBr3单晶的质量，减少了陷阱密度，并增强了电阻率和离子迁移活化能。这表明，通过优化生长条件，可以有效降低离子迁移引发的噪声和基线漂移，从而提升探测器的稳定性和灵敏度。其次，EFG-CsPbBr3单晶在高电场下表现出的卓越性能，包括极低的暗电流漂移和超低的检测限，展示了其在高能X射线检测中的应用潜力。这些结果不仅验证了该材料在高性能X射线探测中的可行性，还为未来的钙钛矿材料优化和器件设计提供了新的思路。总之，本文提出的策略为铅卤化物钙钛矿的高性能应用奠定了基础，并推动了该领域的研究和技术进步。原文详情：YWang, Y., Sarkar, S., Yan, H.et al. Critical challenges in the development of electronics based on two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01210-3👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
