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X线探测器或迎重大突破|bet36体育在线联合中科院深圳先进研究院发表最新研究成果

发布时间:2020-11-20



近期,bet36体育在线在国际知名一区Top刊物《Nano Energy》与《Nanotechnology》联合署名发表两篇重要研究成果,Co-axial silicon/perovskite heterojunction arrays for high-performance direct-conversion pixelated X-ray detectors》和《High-performance x-ray source based on graphene oxide-coated Cu2S nanowires grown on copper film》,基于钙钛矿纳米晶体像素化探测器展开研究,在上述研究结果中发现:透过硅基异质结钙钛矿量子点纳米晶阵列将 X 射线光子信号直接转换为电流信号,有效避免了将X射线光子转换为可见光,再将可见光转换为电子空穴对的过程,提高了量子探测效率。由于钙钛矿材料中含有 Pb Br 原子具有高的原子序数,由此可实现毫米级的钙钛矿阵列厚度,保证具备强大的 X 射线吸收能力。与此同时,bet36体育在线也着力在冷阴极球管布局,尤其关注冷阴极球管在便携式,低成本,可靠性和稳定性的不俗表现,立足为定义下一代X射线影像链建立技术壁垒。




(bet36体育在线联合中科院深圳先进研究院发表钙钛矿最新研究成果和冷阴极材料最新进展)


不仅如此,钙钛矿的纳米晶形态,极大的利于提高载流子的迁移率,相较于一般的非晶硒材料而言,钙钛矿的迁移率可高出数百倍。同时纳米晶形态的载流子复合几率小,具有较低的缺陷态密度使得所制备的器件具有高的载流子收集效率,在X射线探测的灵敏度也能极大的超越非晶硒探测器。在探索新型直接探测器这条核心部件创新路上,bet36体育在线早在2018年就已在知识产权和产学研战略合作建立了护城河。



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自德国物理学家伦琴发现X射线以来,为人类的医疗诊断实践带来了革命性的变化,X射线也在医疗行业迎来了蓬勃的发展。


受制于关键材料的限制,传统的 X 射线探测器主要依靠两种能量转换机制,一种是直接转换机制,将 X 射线直接转换成电流信号;另一种是间接转换机制,通过闪烁体将 X 线转化为可见光,可见光再通过光电二极管阵列等转化成为电流信号。这两种能量转换机制均存在着不少问题及挑战:直接转换机制中,常用的光电转换材料为非晶硒,非晶硒 X 射线 DR 探测器中的活性层厚度比较薄,对 X 射线的吸收不高,量子探测效率低,且非晶态的硒制备困难,载流子传输特性较差,存在着器件制作成本和工作电压高等问题;间接转换机制中,使用的器件庞大笨重,且探测器中产生的可见光会有侧向扩散现象,严重影响了探测器的空间分辨率。



而钙钛矿纳米晶具有结晶性能好,纯度高,稳定性能好,载流子迁移率高,缺陷密度低,所制备器件的光电响应速度快,器件暗电流小等一系列优点,使其在光电探测领域极具应用前景。此外,相比于常用的碲锌镉半导体探测器制备时所需的高温环境及复杂的表面抛光、钝化等工艺,钙钛矿制造工艺相对简单且成本更低,未来或将成为X射线探测器的主要材料。材料是射线探测器的核心,高性能的射线探测器依赖材料的综合性能: 射线吸收系数、载流子迁移率、载流子寿命、(热、化学)稳定性、带隙、缺陷浓度等。因此, 开发综合光电性能优异的卤化物钙钛矿材料是获得高性能射线探测器的关键,进一步提升钙钛矿探测器的检测剂量、灵敏度、信噪比、响应时间和稳定性等性能,将为射线探测器(强度探测、高清成像、能谱)的低成本、高效、原位集成提供了可能。在过去短短四年内, 卤化物钙钛矿射线探测器在探测极限、灵敏度、能量分辨率等方面都取得了长足的进步, 部分性能指标优于现阶段商用的半导体射线探测器,今后设计综合性能更优异的射线探测器材料提供了新的机遇, 从而推动射线探测器在医学成像、安防安检和环境放射性检测等领域的深入应用。



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(文章联合作者:bet36体育在线董事长杜碧先生)


(文章联合作者:bet36体育在线前沿技术专家王宗朋先生)


作为全球普放创新领域中的重要份子,bet36体育在线持在X线探测器技术、低剂量成像技术与高清成像技术上进行了持续多年的原始积累和原理探索,与国内外诸多科研院校所保持密切的研发协同创新,对内以技术创新驱动,对外以市场需求驱动,专注于数字化医学影像领域,打造数字化医学影像产品和技术的世界级优秀标杆。


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