浙大杨德仁院士团队,重磅Science子刊!
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发布时间：2024-10-03 18:35
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时间：2024-11-05 13:31
随着医学成像技术的进步，X射线成像在医学领域的应用日益重要，特别是在诊断、治疗和预防方面。固态X射线探测器研究的关键在于提高探测器性能，以实现更高分辨率、灵敏度和稳定性。
传统探测器面临挑战，间接转换和直接转换两种原理各有优劣。直接转换型探测器因其较好的空间分辨率和灵敏度而备受关注，但其制造成本、X射线吸收能力、载流子传输特性以及与薄膜晶体管（TFT）集成等问题仍未得到有效解决。
为寻找直接型X射线探测器的替代品，研究人员将目光转向了金属卤化物钙钛矿（MHPs）。MHPs由于其优异的光电性能被视为潜在的新型材料，但在实际应用中，暗电流密度过高、制造成本较高、稳定性不足等问题依然存在。
成果简介
针对以上挑战，浙江大学杨德仁院士团队方彦俊课题组在“Science Advances”期刊上发表论文，题为“Monolithic integration of perovskite heterojunction on TFT backplanes through vapor deposition for sensitive and stable x-ray imaging”。研究采用全无机钙钛矿材料，通过蒸发沉积法制备平面异质结厚膜，显著降低暗电流密度，提高探测器灵敏度，实现低检测极限和高分辨率实时平板X射线成像。
研究亮点
1. 首次制备全无机钙钛矿异质结薄膜，采用蒸发沉积方法实现CsPbI2Br/CsPbIBr2异质结薄膜的成功制备。
2. 引入异质结结构降低暗电流密度，探测器暗电流密度降至<1 nA·cm−2，满足工业标准。
3. 显著提高探测器灵敏度，达到2.6 × 104 μC·Gyair−1·cm−2，检测极限<1 nGyair·s−1，为低剂量X射线成像提供了可能。
4. 异质结薄膜表现出优异稳定性，在高剂量辐照、高温退火、长期偏置和热循环等极端条件下仍保持稳定。
5. 实现异质结薄膜与商业TFT阵列的单片集成，高分辨率实时平板X射线成像成为可能。
图文导读
图1 描述了全无机钙钛矿异质结膜的设计、制备与表征。
图2 展示了单组分和异质结探测器的电输运特性。
图3 展示了单组分和异质结探测器的X射线检测性能。
图4 评价了异质结探测器的稳定性。
图5 展示了异质结膜与TFT阵列的单片集成用于平板X射线成像。
总结与展望
本研究通过结合新型材料与先进制备技术，为低剂量X射线成像提供了创新解决方案。通过采用全无机钙钛矿材料，实现异质结结构的制备，有效降低了暗电流密度，提高了载流子分离效率，进而提升了探测器灵敏度和稳定性。同时，通过单片集成技术，实现了高分辨率实时平板X射线成像，为技术在工业应用上的可行性提供了支持。
文献信息
Liqi Li et al. Monolithic integration of perovskite heterojunction on TFT backplanes through vapor deposition for sensitive and stable x-ray imaging. Sci. Adv. 10, eadj8659(2024). DOI:10.1126/sciadv.adj8659
