1224日,放射医学与辐射防护国家重点实验室、放射医学与防护学院何亦辉教授在Nature Photonics上发表综述文章Detecting ionizing radiation using halide perovskite semiconductors processed through solution and alternative methods,该文章汇总、评述了近年来卤素钙钛矿半导体用于室温半导体探测高能射线的研究进展,汇总了钙钛矿半导体物理参数、新材料及其相关的制备技术和器件结构,对未来制备下一代高性能低成本的室温辐射探测器件进行了展望。该论文链接:https://www.nature.com/articles/s41566-021-00909-5

高能射线在医疗成像、工业检测、天文、核能工业、高能物理和国土安全中的放射性同位素识别中有着广泛的应用室温下对高能X射线和γ射线的直接探测是一项非常具有挑战性的课题,需要纯度非常高且近乎完美的晶体。金属卤化物钙钛矿(metal halide perovskitesMHPs)半导体具有优异的光电转化性能、缺陷容忍性、独特的化学多样性及易合成等特点,对现有的采用传统开发方式的半导体发起了挑战,使这一领域在新材料方面沉寂了近二十年后重新燃起了希望

综述着眼于材料应用需求,两种辐射探测模式(光电流模式和单光子模式)出发介绍了相应的半导体器件发展,并提出获得可靠测量指标基本方法。作者从有效原子质量、载流子特性、单晶参数、禁带宽度、电阻率、缺陷浓度等多个维度将MHPs与传统材料进行比较,总结并讨论了几十种钙钛矿材料的结构维度及本征性质和射线响应性能的影响规律

由于MHPs可以使用溶液法生长,与传统材料存在巨大差异,根据生长条件选择合适的器件才能最大化发挥材料的物理特性,该文章总结、讨论了基于钙钛矿半导体的各类器件结构的探测器件及多样性的材料加工和器件集成技术通过回顾单光子模式辐射探测器的发展,指出MHPs材料依靠其低成本、高性能的优势,有望成为新一代室温辐射探测器件,并进一步推动实现其商用化该综述进一步指出MHPs半导体材料在缺陷工程和场效应管界面层连接等方面仍存在尚未解决的问题,展望了室温半导体器件在医疗成像和核安全领域应用的具体方案

 

综述中总结的钙钛矿材料中结构维度对材料和器件特性的影响

本论文第一作者为放射医学与防护学院国家重点实验室何亦辉教授,苏州大学为该论文第一单位。该工作得到苏州大学学术启动经费和放射医学与辐射防护国家重点实验室的共同资助。