研究快讯！钙钛矿半导体用于下一代X射线探测器

图片来源：Wiley Online Library

从天体观测到医学成像，基于x射线的灵敏检测正在无数的应用中发挥着关键作用。然而，用于检测它们的方法也经历了有趣的演变。

x射线探测器的设计在形状、功能和最终性能上各不相同。例如，间接闪烁体通过将X射线光子的高能量转换成肉眼可见的光来检测X射线。这种间接转移使得可以使用成熟的光学检测器来产生可检测的电子信号。但是，除了需要大型、复杂的多组件设备之外，这种设计在应用成像时还存在着明显的局限性。直接转换半导体探测器吸收X射线光子并将其直接转换成电荷，然后通过收集电荷以产生数字信号。直接转换配置不仅更简单，而且还允许成像更小的细节。

来自比利时鲁汶大学Roeffaers实验室和Hofkens小组的研究人员日前提出了一种非常具有应用前途的直接x射线探测器设计方案，该设计基于一种快速发展的卤化物钙钛矿半导体材料，化学式为Cs2AgBiBr6。钙钛矿是特定类型的周期性晶体结构的总称，当由银（Ag）和铋（Bi）等重元素组成时，由于它们能够结合两个重原子核，因此这种具有出色的电荷形成和传输性能的材料是直接X射线转换的理想选择。

研究人员将全无机双金属卤化物钙钛矿Cs2AgBiBr6列为最强的候选材料之一，因为它具有高X射线敏感性和出色的结构稳定性。通过优化材料和降低操作温度，研究人员甚至能够提高该装置的x射线灵敏度10倍以上，最终达到或者接近市场上商业化的直接转换x射线探测器灵敏度的500倍——这种商用检测器通常以纯硒(Se)为基础材料制得。

重要的是，研究人员分别研究了在室温和低温下的单晶Cs2AgBiBr6探测器的运行，以便于跟踪有利于x射线有效转换为可收集信号的物理特征。这是一种非常新颖的方法，它提供了一种通用的方法来筛选其他可能同样具有很好性能的x射线检测介质。利用这种方法，研究人员建立了一个广泛的光物理模型，以解释在低温下工作时x射线灵敏度大幅度变化的原因。

这项研究是在开发基于钙钛矿半导体的新型、廉价、易于制造和高灵敏度x射线探测器方面迈出的一大步。并且这种探测器可能的应用范围很广，从更精细的基础研究一直延伸到改进的医学诊断领域。

研究人员最近在高影响材料科学杂志Advanced Materials上发表了他们的研究成果。