具有单光子灵敏度的稳定钙钛矿单晶X射线成像探测器

摘要 医学X射线成像的一个主要目标是将患者所接收的X射线剂量降至单光子灵敏度。这种特性仅在少数直接探测的半导体材料中得到验证，如CdTe和Si；然而，它们在医学诊断中的工业应用仍受到复杂且昂贵的制造工艺的阻碍。混合铅卤化物钙钛矿由于其简便的溶液生长，可以成为一种可行的替代方案。然而，混合钙钛矿在X射线探测器中的高场偏压下不稳定，主要由于结构的不稳定性和混合的电子-离子导电性。在此，我们展示了通过厚且均匀的甲基铵铅碘单晶薄膜（厚度可达300µm）和直接在孔传输电极上生长的溶液，在零电压偏置的光伏操作模式下实现了钙钛矿X射线探测器的单光子计数和长期稳定性。装置的操作稳定性超过了一年。在18 keV X射线下，获得了88%的探测效率和90 pGy空气的噪音等效剂量，允许进行单光子灵敏、低剂量和能量分辨的X射线成像。数组探测器显示出高达11 lp mm −1 的空间分辨率。这些发现为低成本、低剂量的商业探测器阵列在X射线成像中的应用铺平了道路。