Les cristaux moléculaires 2D à haute mobilité permettent des détecteurs de rayons X à effet de champ avec une sensibilité volumétrique record

RÉSUMÉ Les détecteurs directs de rayons X, légers, à faible coût et ultra-sensibles, sont essentiels pour l'imagerie portable de nouvelle génération, la surveillance portable et les diagnostics médicaux à faible dose. Les détecteurs haute performance conventionnels utilisent des couches actives monocristallines épaisses pour améliorer la sensibilité, mais cela augmente le volume du dispositif, accroît le courant d'obscurité et complique l'intégration avec l'électronique flexible et portable. Ici, nous abandonnons ce paradigme avec un cristal moléculaire 2D ultrafin à haute mobilité (2DMC) intégré dans un transistor à effet de champ latéral. Ce design utilise un chemin de transport de porteurs dans le plan très confiné couplé à un fort contrôle électrostatique par la grille pour obtenir une déplétion complète des porteurs et des courants d'obscurité inférieurs au pA. Grâce à la haute mobilité et à l'efficace collecte de charge dans le canal ultrafin, le détecteur atteint une sensibilité volumétrique record de 5,91 × 10 10 µC Gy⁻¹ cm⁻³ et une limite de détection de 1,43 nGy s⁻¹, surpassant tous les détecteurs organiques rapportés et rivalisant avec les meilleurs détecteurs inorganiques. Il est important de noter que dans le régime ultrafin, la haute mobilité l'emporte sur le numéro atomique dans la détermination de la sensibilité, renversant la logique de conception conventionnelle. Nous fabriquons également des matrices de 2DMC uniformes de grande surface avec une excellente stabilité opérationnelle, permettant une imagerie à contraste élevé à des doses aussi faibles que 10,17 nGy s⁻¹. Ce travail établit un nouveau paradigme pour l'imagerie aux rayons X organique, légère et à faible dose et introduit des règles de conception centrées sur la mobilité pour les détecteurs de nouvelle génération.