上海光機所在鈣鈦礦X射線探測器界面缺陷鈍化方面取得進展

　　【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所邵宇川研究員團隊，基于二維鈣鈦礦微晶鈍化三維鈣鈦礦單晶表面缺陷實現靈敏且穩定的輻射探測。相關成果以“基于二維鈣鈦礦微晶的表面鈍化提升三維鈣鈦礦單晶X射線探測器性能”為題發表于《光學學報》，并選為當期的封面文章。
 

　　金屬鹵化物鈣鈦礦單晶材料因具有大載流子遷移率壽命乘積、大電阻率、高X射線衰減系數、高缺陷容忍度等優勢。其中，以布里奇曼法(Bridgman)法制備的銫鉛溴(CsPbBr3)單晶被認為是新一代最具競爭力的X射線半導體探測器材料。然而，熔融生長的晶錠需要完成金剛石線切割和表面拋光處理，才能得到適合于X射線探測的鈣鈦礦單晶。在晶錠表面處理的過程中，單晶表面可能引入大量缺陷，降低單晶器件的X射線探測性能。因此，解決CsPbBr3單晶因加工所產生的表面缺陷對于提升其輻射探測能力十分重要。
 

　　本研究針對CsPbBr3單晶表面因切割拋光所產生的表面缺陷，提出了使用二維(2D)微晶進行表面鈍化的界面處理方法。將經過加工處理的三維(3D) CsPbBr3單晶浸沒在苯乙基溴化胺(PEABr)前驅體酸溶液中，在單晶表面生長2D微晶，從而鈍化表面缺陷，提升探測器的穩定性和探測性能。相較于以往所采用的2D鈣鈦礦界面鈍化所形成的異質結而言，2D微晶在鈍化表面缺陷的同時，并不會因為2D鈣鈦礦層的存在而顯著限制載流子的傳輸，實現了鈍化缺陷與性能提升的平衡。實驗結果表明，采0.01 mol/L 的溶液進行鈍化的 CsPbBr3單晶探測器，其靈敏度為9.55×104 μC·Gy-1·cm-2，探測極限低至13.8 nGy·s-1。這種有效的鈍化方法為實現高探測性能的鈣鈦礦X射線單晶探測器提供了具有指導性的后處理方案。
 

　　研究得到了上海市探索者計劃項目支持。
 

　　圖1 不同濃度溶液鈍化的 CsPbBr3單晶SEM圖像。(a)無鈍化，拋光后表面；(b)0.01 mol/L 鈍化；(c)0.015 mol/L 鈍化。
 

　　圖2 CsPbBr3單晶X射線探測性能。 (a)靈敏度；(b)探測極限；(c)金屬掩膜;(d)射線成像照片