【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所邵宇川研究員團(tuán)隊(duì)，基于二維鈣鈦礦微晶鈍化三維鈣鈦礦單晶表面缺陷實(shí)現(xiàn)靈敏且穩(wěn)定的輻射探測(cè)。相關(guān)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(cè)器性能”為題發(fā)表于《光學(xué)學(xué)報(bào)》，并選為當(dāng)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(shù)、高缺陷容忍度等優(yōu)勢(shì)。其中，以布里奇曼法(Bridgman)法制備的銫鉛溴(CsPbBr3)單晶被認(rèn)為是新一代最具競(jìng)爭(zhēng)力的X射線半導(dǎo)體探測(cè)器材料。然而，熔融生長(zhǎng)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(cè)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(cè)性能。因此，解決CsPbBr3單晶因加工所產(chǎn)生的表面缺陷對(duì)于提升其輻射探測(cè)能力十分重要。
 

　　本研究針對(duì)CsPbBr3單晶表面因切割拋光所產(chǎn)生的表面缺陷，提出了使用二維(2D)微晶進(jìn)行表面鈍化的界面處理方法。將經(jīng)過加工處理的三維(3D) CsPbBr3單晶浸沒在苯乙基溴化胺(PEABr)前驅(qū)體酸溶液中，在單晶表面生長(zhǎng)2D微晶，從而鈍化表面缺陷，提升探測(cè)器的穩(wěn)定性和探測(cè)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(zhì)結(jié)而言，2D微晶在鈍化表面缺陷的同時(shí)，并不會(huì)因?yàn)?D鈣鈦礦層的存在而顯著限制載流子的傳輸，實(shí)現(xiàn)了鈍化缺陷與性能提升的平衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采0.01 mol/L 的溶液進(jìn)行鈍化的 CsPbBr3單晶探測(cè)器，其靈敏度為9.55×104 μC·Gy-1·cm-2，探測(cè)極限低至13.8 nGy·s-1。這種有效的鈍化方法為實(shí)現(xiàn)高探測(cè)性能的鈣鈦礦X射線單晶探測(cè)器提供了具有指導(dǎo)性的后處理方案。
 

　　研究得到了上海市探索者計(jì)劃項(xiàng)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(cè)性能。 (a)靈敏度；(b)探測(cè)極限；(c)金屬掩膜;(d)射線成像照片