Hochsensitiver und schneller MXene/Silizium-Photodetektor für die Einzelpixel-Röntgenabbildung

Zusammenfassung Die Nachfrage nach leistungsstarken Röntgendetektoren führt zu Materialinnovationen für eine effiziente photoelektrische Umwandlung und den Transfer von Ladungsträgern. Aktuelle Röntgendetektoren sind jedoch oft anfällig für chemische und Bestrahlungsinstabilität, komplexe Herstellungsprozesse, gefährliche Komponenten und schwierige Kompatibilität. Hier untersuchen wir ein zweidimensionales (2D) Material mit einer relativ niedrigen Ordnungszahl, Ti 3 C 2 T x MXenes, und Einkristall-Silizium zur Röntgendetektion und Einzelpixelabbildung (SPI). Wir stellen einen Ti 3 C 2 T x MXene/Si Röntgendetektor her, der bemerkenswerte optoelektronische Eigenschaften aufweist. Dieser Detektor zeigt eine Empfindlichkeit von 1,2 × 10 7 μC Gy air −1 cm −2, eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit mit einer Anstiegszeit von 31 μs und eine unglaublich niedrige Nachweisgrenze von 2,85 nGy air s −1. Diese überlegenen Leistungen werden dem einzigartigen Lade-Kopplungsverhalten unter Röntgenbestrahlung durch intrinsische Polaronbildung zugeschrieben. Das Gerät bleibt selbst nach 50 kontinuierlichen Stunden hochdosierter Röntgenbestrahlung stabil. Unser Fertigungsprozess des Geräts ist mit der Silizium-basierten Halbleitertechnologie kompatibel. Unsere Arbeit weist auf neue Richtungen für umweltfreundliche Röntgendetektoren und Niedrigstrahlungs-Abbildungssysteme hin.