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发光学报 2024年第1期45卷 25-43页

作者：韩继光柴英俊李晓明南京理工大学材料科学与工程学院江苏南京210094

x射线探测技术在医疗诊断、安防检测和科学研究等领域有着广泛的应用,直接型x射线探测器拥有更高的理论探测效率、空间和能量分辨率,受到了国内外的广泛关注。钙钛矿材料因其x射线衰减系数大、体电阻率高、光学带隙合适以及易大面积制... 详细信息

x射线探测技术在医疗诊断、安防检测和科学研究等领域有着广泛的应用,直接型x射线探测器拥有更高的理论探测效率、空间和能量分辨率,受到了国内外的广泛关注。钙钛矿材料因其x射线衰减系数大、体电阻率高、光学带隙合适以及易大面积制造等优势,成为直接型x射线探测器的理想材料。随着对探测性能的需求的不断提高,合理的器件结构设计显得尤为重要。本文从电极工程和能带工程两个方面出发,综述了有关直接型钙钛矿x射线探测器器件结构设计的最新进展。最后,我们对这些研究进展进行了总结,并对未来的发展进行了展望。我们希望这篇综述能为研究者们提供参考和启发。

关键词：钙钛矿x射线探测器器件结构电极工程能带工程异质结

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基于MAPbBr3单晶的x射线探测器研究

基于MAPbBr3单晶的X射线探测器研究

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作者：韩明月广州大学

学位级别：硕士

有机无机金属卤化物钙钛矿材料具有载流子迁移率高、载流子寿命长以及适用于吸收x射线等特点,在x射线探测领域有着广阔的应用前景。尽管钙钛矿材料应用于x射线探测器方面的工作已经开展较多,但该类x射线探测器仍然存在许多问题。特别是... 详细信息

有机无机金属卤化物钙钛矿材料具有载流子迁移率高、载流子寿命长以及适用于吸收x射线等特点,在x射线探测领域有着广阔的应用前景。尽管钙钛矿材料应用于x射线探测器方面的工作已经开展较多,但该类x射线探测器仍然存在许多问题。特别是,高暗电流和不足的稳定性是限制有机无机金属卤化物钙钛矿x射线探测器性能的两个重要因素。因此,本论文从材料表面钝化和x射线探测器结构优化的角度出发,以MAPb Br单晶为研究对象,探索降低器件暗电流和提高器件稳定性的新工艺和新方法。在材料表面钝化方面,本论文采用缓慢蒸发结晶生长法成功地生长了大面积高质量的MAPb Br单晶材料,面积尺寸可达7×7 mm。通过优化改良后的单晶生长工艺,制备了高质量的MAPb Br单晶,并随后开发了一种多层异质结钝化策略,用于处理单晶表面以降低单晶表面的缺陷态密度。结果表明,多层异质结将单晶表面缺陷态密度降低了3倍,使载流子迁移率和寿命乘积提高了4倍。这是由于多层异质结通过诱导MAPb Br表面p型掺杂来钝化卤化物空位缺陷,增加了电子和空穴注入阻挡。其次,本论文研究了钝化后单晶界面形貌变化和反应产物组成情况,未退火样品的多层异质结主要成分为MAPb Br/MAPb(BrI)/PEAI,而退火样品的多层异质结主要成分为MAPb Br/MAPb(BrI)/(PEA)Pb I,并随后解释了钝化后形成多层异质结的机制。在x射线探测器结构优化方面,本文比较了两种器件结构:Au/MAPb Br/Au对称结构和Au/BCP/C/MAPb Br/Mo O/Au不对称结构。通过器件性能测试,发现不对称型结构器件具有更高的体电阻率和更低的暗电流,未退火样品的不对称器件体电阻高达4.18×10Ωcm,是对称器件结构的4.7倍。这使得MAPb Br单晶的不对称x射线探测器在100 V cm的高电场下获得了19370μC Gy cm的高灵敏度和低的最小检测剂量率为42.3 n Gy s,这是溴基自供电器件的高灵敏度记录。最后,在器件稳定性测试方面,未封装的退火不对称探测器在储存210天后表现出稳定的基线,并且在累积剂量高达1944 m Gy的辐照下表现出出色的工作稳定性。该结果表明,多层异质结钝化和不对称器件结构优化协同策略可以解决MAPb Br单晶x射线探测器高暗电流和稳定性差的问题,为进一步提高MAPb Br单晶x射线探测器的探测和成像性能提供了参考。

关键词：钙钛矿x射线探测器多层异质结钝化暗电流漂移稳定性

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