【摘 要】
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X射线探测器是一种将X射线光子能量转换为电信号的特殊器件,在医疗诊断、工业探伤、环境监测等方面应用极其广泛。半导体材料作为X射线能量转换的核心,具有重要的研究价值与
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X射线探测器是一种将X射线光子能量转换为电信号的特殊器件,在医疗诊断、工业探伤、环境监测等方面应用极其广泛。半导体材料作为X射线能量转换的核心,具有重要的研究价值与广泛的应用前景。X射线能量转换的基本原理决定半导体材料必须拥有较高X射线吸收系数和优秀的光电转换能力。钙钛矿材料具有一系列优良的特性:X射线吸收能力强、缺陷密度低、载流子寿命和迁移率乘积高、室温下电阻率高等,这很好的契合了 X射线探测器所需半导体材料的要求。本文以高质量的钙钛矿晶体为基础,结合钙钛矿晶体的材料特性和光电转换能力,系统地研究了钙钛矿晶体在X射线辐照下的性能表现。本文首先系统开展了 MAxCs1-xPbBr3晶体生长工艺的探索和研究。采用了丙酮、乙醇、纯水、三氯甲烷、异丙醇等5种不同的反溶剂来探索MAxCs1-xPbBr3晶体的生长工艺,成功地生长出高品质大尺寸的 MAPbBr3,MA0.94Cs0.06PbBr3,MA0.6Cs0.4PbBr3,MA0.35Cs0.65PbBr3,MA0.1Cs0.9PbBr3,CsPbBr3晶体,并且通过X射线衍射分析、能量色散X射线光谱分析、热重分析等分析手段对晶体的特性进行了研究。在获得MAxCs1-xPbBr3晶体的基础上,开展了钙钛矿光探测器的光电转换性能的研究。系统研究了在不同光功率密度的520 nm激光下晶体的光电性能与晶体内MA比例变化的关系。研究发现MAPbBr3和MA0.94Cs0.06PbBr3晶体光探测器件的性能明显优于其他,在功率密度为0.043 mW cm-2和5 V偏压条件下器件响应率分别为3334 mA W-1和3778 mA W-1。与晶体的载流子传输特性进行对比,发现晶体本身的载流子传输能力会极大影响其光电转换能力。本文进一步重点开展了钙钛矿X射线探测性能的研究。从晶体组分变化和器件结构变化研究其X射线探测性能的影响因素。发现混合MA和Cs阳离子的晶体表现出更佳的X射线探测性能,在1V偏压条件下,MA0.6Cs0.4PbBr3探测器的X射线探测灵敏度为2017 μC Gyair-1 cm-2,远高于同等条件下MAPbBr3和CsPbBr3探测器的探测灵敏度(461 μC Gyair-1 cm-2和65 μC Gyair-1 cm-2)。合理的器件结构同样能够大大提高晶体对X射线的探测能力,Mo03空穴提取层的引入大幅提高了 X射线探测器对光生载流子的收集能力。结型结构MAPbBr3探测器(Au/MoO3/perovskite/Ag)在45V cm-1电场强度条件下的探测灵敏度达到2552μC Gyair-1cm-2,是其对称结构探测器(Au/perovskite/Au)的2倍以上。
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