黃勁松課題組2023又發Nature：自供電鈣鈦礦光子計數探測器

NSCD 3個月前 (04-25) 876瀏覽

  • 【導讀】

開發性能優異的光子計數探測器(PCD)將推動光探測和測距、輻射譜學、量子光學等領域的發展。目前商用的硅光電倍增管(SiPMs)已經實現了低偏壓下較高的光探測效率，在器件的小型化和緊湊化設計上也取得了長足的進步。然而，SiPMs探測器受限于硅自身較窄的帶隙，導致其具有較大的暗計數率(DCR)，這大大限制了它的應用。因此，開發具有低DCR的PCD是目前研究的熱點。

  • 【成果掠影】

近日，美國北卡羅萊納大學黃勁松團隊在Nature上發表了新的研究論文，通過消除鈣鈦礦材料中的淺能級陷阱，制備了具有極低DCR的自供電鈣鈦礦PCD。在本研究中，為避免SiPMs中由于硅禁帶寬度較小所帶來的大DCR，作者選取了具有合適禁帶寬度的鈣鈦礦(MAPbI3，FA0.7MA0.3PbI3，禁帶寬度>1.5 eV)材料做為PCD的組成部分。作者通過系統的光譜研究探明了鈣鈦礦PCD的DCR起源于分布在晶界和表面處的兩種淺能級缺陷束縛的載流子的釋放。在此基礎上，作者通過增大晶粒尺寸和表面鈍化兩種手段基本消除了這兩種缺陷，將室溫下的DCR由>23000?cps/mm2減低至2 cps/mm2，從而獲得了極佳的弱光探測效率。值得強調的是，將鈣鈦礦PCD與閃爍體相結合所制備的γ射線探測器在室溫可獲得比商用SiPMs更高的能量分辨率，且其性能可以在85?oC下保持穩定。相關研究文章以“Self-powered perovskite photon-counting detectors”為題發表在Nature上。

  • 【核心創新點】

通過增加晶粒尺寸和表面鈍化排除淺能級缺陷，從而獲得了高效、低暗計數率的鈣鈦礦光子計數探測器。

  • 【數據概覽】

圖1?暗計數起源和光子計數性能 ?2023 Springer Nature

圖2??抑制鈣鈦礦PCD的DCR ?2023 Springer Nature

圖3?鈣鈦礦探測器光子計數性能 ?2023 Springer Nature

圖4?鈣鈦礦PCD和LaBr3:Ce閃爍體耦合探測γ射線 ?2023 Springer Nature

圖5?鈣鈦礦PCD的穩定性測試 ?2023 Springer Nature

  • 【成果啟示】

綜上，通過對鈣鈦礦缺陷的鈍化顯著降低了光子計數探測器暗計數率，這為構建新型光子計數探測器提供了新的思路。為真正實現鈣鈦礦光子計數探測器的商用應用，進一步實現探測器的集成是未來研究重點之一。

 

原文詳情：Self-powered Perovskite Photon-counting Detectors,?Nature, 2023,

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05847-6

 

本文由NSCD供稿。 ??

分享到