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放射醫學與輻射防護國家重點實驗室何亦輝教授在Nature Photonics上發表綜述文章

1224日,放射醫學與輻射防護國家重點實驗室、放射醫學與防護學院何亦輝教授在Nature Photonics上發表綜述文章Detecting ionizing radiation using halide perovskite semiconductors processed through solution and alternative methods,該文章匯總、評述了近年來鹵素鈣鈦礦半導體用于室溫半導體探測高能射線的研究進展,匯總了鈣鈦礦半導體物理參數、新材料及其相關的制備技術和器件結構,對未來制備下一代高性能低成本的室溫輻射探測器件進行了展望。

高能射線在醫療成像、工業檢測、天文、核能工業、高能物理和國土安全中的放射性同位素識別中有著廣泛的應用。室溫下對高能X射線和γ射線的直接探測是一項非常具有挑戰性的課題,需要純度非常高且近乎完美的晶體。金屬鹵化物鈣鈦礦(metal halide perovskites,MHPs)半導體具有優異的光電轉化性能、缺陷容忍性、獨特的化學多樣性及易合成等特點,對現有的采用傳統開發方式的半導體發起了挑戰,使這一領域在新材料方面沉寂了近二十年后重新燃起了希望。

綜述著眼于材料應用需求,兩種輻射探測模式(光電流模式和單光子模式)出發,介紹了相應的半導體器件發展,并提出獲得可靠測量指標基本方法。作者從有效原子質量、載流子特性、單晶參數、禁帶寬度、電阻率、缺陷濃度等多個維度將MHPs與傳統材料進行比較,總結并討論了幾十種鈣鈦礦材料的結構維度及本征性質和射線響應性能的影響規律。

由于MHPs可以使用溶液法生長,與傳統材料存在巨大差異,根據生長條件選擇合適的器件才能最大化發揮材料的物理特性,該文章總結、討論了基于鈣鈦礦半導體的各類器件結構的探測器件及多樣性的材料加工和器件集成技術。通過回顧單光子模式輻射探測器的發展,指出MHPs材料依靠其低成本、高性能的優勢,有望成為新一代室溫輻射探測器件,并進一步推動實現其商用化。該綜述進一步指出MHPs半導體材料在缺陷工程和場效應管界面層連接等方面仍存在尚未解決的問題,展望了室溫半導體器件在醫療成像和核安全領域應用的具體方案。

 

綜述中總結的鈣鈦礦材料中結構維度對材料和器件特性的影響

本論文第一作者為放射醫學與防護學院國家重點實驗室何亦輝教授,蘇州大學為該論文第一單位。該工作得到蘇州大學學術啟動經費和放射醫學與輻射防護國家重點實驗室的共同資助。

該論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41566-021-00909-5。

(蘇州醫學院放射醫學與防護學院)
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