灵感源自折纸的折叠钙钛矿X射线探测器
2023-02-26 14:31:45   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

X射线能够穿透对可见光不透明的物体，用于医疗、工业和科学等领域的无损检测。硬X射线能量高穿透能力强，其低相互作用概率使其有效检测成为挑战，因而需要较厚的吸收层。尤其对于经典平面器件中的直接转换X射线探测器，这种平面器件通常包括放置在前电极和后电极之间的半导体材料。

另一方面，由于竞争性的捕获和重组过程，大的器件厚度可能会阻碍有效的电荷载流子收集。因此，除了制造相关的限制，吸收体厚度的选择还需要在高X射线吸收效率和良好的电荷收集之间权衡。

过去几年来，钙钛矿基半导体已兴起成为直接转换X射线吸收材料，因为它们有望结合高效X射线吸收、高电荷载流子转换效率以及良好的电荷传输性能。此外，高质量的钙钛矿基半导体可以通过溶液处理和印刷等方法以低成本沉积在刚性或柔性基板上。

因此，目前已有报道多种实现高性能钙钛矿X射线探测器的方法。在此背景下，需要注意的是，钙钛矿基半导体也可用于实现各种光电探测器。据麦姆斯咨询介绍，与经典X射线探测器的典型层方案不同，卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology, KIT）的研究人员开发了一种灵感源自折纸的折叠器件架构。该方法的基本思想是在柔性基板顶部制作包括薄钙钛矿吸收体的探测器像素，随后构建折叠器件结构，其中辐射平行而不是垂直于像素电极。

由此可以实现高X射线吸收效率，进而实现高检测性能，无需制造过厚的吸收体。此外，由于折叠探测器的像素是物理分离的，并且它们的大小可以由钙钛矿层厚度控制，因此这种折叠结构有望提供更高的空间分辨率。研究人员利用基于钙钛矿的半导体薄膜在机械柔性衬底上的可加工性，实现了灵感源自折纸的折叠X射线探测器。

这项成果基于他们之前的研究，从理论上证明了折叠探测器结构的潜力，随后通过数字喷墨打印实现了柔性钙钛矿X射线探测器。

在这项研究中，研究人员报道了灵感源自折纸的折叠钙钛矿X射线探测器的实现。为此，他们提出了一种可折叠钙钛矿传感器阵列的制造，并表征了折叠前后探测器对50  kVp−150  kVp X射线辐射的响应。此外，研究人员利用一种移动边缘方法，评估了折叠钙钛矿X射线探测器的潜在空间分辨率。最后，通过测量探测器在连续X射线辐射下的响应研究了这种器件的工作稳定性。

灵感源于折纸的折叠X射线探测器

X射线探测器的灵敏度和空间分辨率

本研究展示了一种具有卓越高性能的折叠钙钛矿X射线探测器原型，验证了折叠器件架构的概念。通过在横向上使用条形电极，这种概念可以扩展到2D阵列探测器。

这项研究为具有性能和成本优势的新一代X射线探测器开辟了道路。接下来需要进一步研究的一个重要方向是折叠探测器的噪声。通过使用更薄的箔、适当的图案化以及印刷薄膜晶体管的集成，有望开发出新一代低成本的折叠大面积X射线探测器系统。

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《光谱成像市场和趋势-2022版》