Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Li Yunlong am Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften untersuchte die Ursprünge der nichtlinearen Stromreaktion in polykristallinen Metallhalogenid-Perowskit-Röntgendetektoren. Ihre Studie war veröffentlicht In ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen am 14. Juli.
Metallhalogenid-Perowskite sind aufgrund ihrer hohen Ordnungszahl, hohen Ladungsträgerbeweglichkeit und Ladungsträgerlebensdauer für Röntgendetektionsanwendungen sehr vielversprechend. Zahlreiche Studien zu Perowskit-Röntgendetektoren haben Empfindlichkeiten gezeigt, die das Kasap-Modell um mehrere Größenordnungen übertreffen, und Nachweisgrenzen, die sich der Umgebungsstrahlung annähern.
Die praktische Anwendung von Perowskit-Röntgendetektoren hängt jedoch davon ab, den nichtlinearen Reaktionsmechanismus der Stromsignale in diesen Detektoren zu berücksichtigen. Diese Nichtlinearität ist problematisch und führt zu Problemen wie „Verzögerung“ und „Geisterbildern“ bei der Bildgebung, die sich nachteilig auf die räumliche und Materialdichteauflösung von Perowskit-Röntgendetektoren auswirken.
In dieser Studie schlugen die Forscher eine allgemeine Designstrategie vor, die darauf abzielte, nichtlineare Stromreaktionen zu mildern und die Leistung von Perowskit-Röntgendetektoren zu verbessern.
Sowohl die theoretische Analyse als auch die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass strukturelle Mängel und Schwankungen in der Breite der Schnittstellen ausschlaggebend für die Entstehung nichtlinearer Elemente und die Umleitung des durch Röntgenstrahlen induzierten Fotostroms sind, was sich erheblich auf die Linearität der Röntgenfotostromsignale auswirkt.
Durch die Verbesserung struktureller Mängel und die Unterdrückung von Variationen in der Schnittstellenbreite entwickelten die Forscher einen Prototyp eines 64 x 64 Pixel großen polykristallinen MAPbI3-Röntgen-Flachbilddetektors mit einer hochlinearen Stromreaktion, der hochauflösende Röntgenbilder mit unterdrücktem Geisterbildkontrast demonstriert.
Die Detektoren zeigten eine Empfindlichkeit von 2,3×104 μC·Gyair-1·cm-2 bei einem Betriebsvorspannungsfeld von 0,1 V/μm für 100 kVp harte Röntgenbestrahlung. Dies zeigt die höchste Empfindlichkeit für ähnliche Röntgenenergien unter polykristallinen Perowskitdetektoren bei minimalem Betriebselektrofeld.
„Unsere Arbeit ebnet den Weg für die Kommerzialisierung leistungsstarker, großflächiger und kostengünstiger direkter Röntgendetektoren“, sagte Dr. Li.
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Ziyao Zhu et al., Milderung parasitärer und durch Driftkapazität induzierter nichtlinearer Stromreaktionen für stabile und empfindliche Perowskit-Röntgendetektoren, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2024). DOI: 10.1021/acsami.4c08425