近日，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院朱子堯老師、徐秀敏老師與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李云龍副研究員團(tuán)隊(duì)開展合作，揭示了一種基于高離子濃度軟晶格半導(dǎo)體電容信號(hào)的新型X射線探測(cè)機(jī)理，并基于此實(shí)現(xiàn)了X射線成像與三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)。相關(guān)成果以“Polycrystalline MAPbI? AC-bias Direct X-ray Detectors for 3D Reconstruction”（DOI: 10.1126/sciadv.adx8785）為題發(fā)表于國際頂級(jí)期刊《Science Advances》（SCI，IF=12.5）。安徽大學(xué)集成電路學(xué)院朱子堯老師為第一作者兼通訊作者，安徽大學(xué)集成電路學(xué)院徐秀敏老師和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李云龍副研究員為共同通訊作者，安徽大學(xué)為第一單位。該工作是安大在“集成電路科學(xué)與工程”學(xué)科研究領(lǐng)域取得的顯著進(jìn)展之一。

圖1. 發(fā)表論文首頁

圖2. (A)金屬鹵化物鈣鈦礦界面結(jié)；X射線輻照電容信號(hào)(B)與電流信號(hào)(C)對(duì)比；

(D)X射線二維成像對(duì)比；(E)基于電容信號(hào)的三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)驗(yàn)證

       金屬鹵化物鈣鈦礦作為一種高離子濃度軟晶格半導(dǎo)體材料，在X射線輻照探測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)X射線探測(cè)半導(dǎo)體材料(硅、非晶硒、碲化鎘)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的高靈敏度。然而，金屬鹵化物鈣鈦礦的弱化學(xué)鍵與高離子濃度使得材料在輻照與直流偏壓下存在本征離子遷移，進(jìn)而導(dǎo)致探測(cè)器出現(xiàn)非線性電流響應(yīng)，產(chǎn)生成像遲滯與偽影并伴隨著材料的分解與失效，阻礙了金屬鹵化物鈣鈦礦基X射線探測(cè)器的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這一難題，團(tuán)隊(duì)基于考慮離子遷移的泊松方程并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了高離子濃度軟晶格半導(dǎo)體材料如金屬鹵化物鈣鈦礦在暗態(tài)與輻照態(tài)下具有顯著的界面結(jié)電容信號(hào)變化。因此，可以通過施加低交流偏壓并通過電容信號(hào)探測(cè)X射線，即避免了直流偏壓電流讀出模式下導(dǎo)致的金屬鹵化物鈣鈦礦材料失效，又能得到更加穩(wěn)定一致的信號(hào)輸出。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還基于在低交流偏壓下工作的高一致性電容信號(hào)實(shí)現(xiàn)了使用金屬鹵化物鈣鈦礦直接型X射線探測(cè)器完成物體內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)成像驗(yàn)證。本研究為金屬鹵化物鈣鈦礦基X射線探測(cè)器提供了一種新的工作原理范式，有望加速金屬鹵化物基X射線探測(cè)器從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。

新聞鏈接：https://www.ahu.edu.cn/2025/1009/c15059a375247/page.htm

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