近日，安徽大学讲师朱子尧、徐秀敏与中国科学院深圳先进技术研究院李云龙副研究员团队开展合作，提出了一种新型基于直接型金属卤化物钙钛矿半导体的X射线探测原理。相关成果以“Polycrystalline MAPbI3 AC-bias Direct X-ray Detectors for 3D Reconstruction”为题发表于《科学进展》（Science Advances）期刊（DOI: 10.1126/sciadv.adx8785）。安徽大学集成电路学院为第一单位，集成电路学院讲师朱子尧为第一作者兼通讯作者，集成电路学院讲师徐秀敏和中国科学院深圳先进技术研究院李云龙副研究员为共同通讯作者。
图. 不同辐照剂量率下金属卤化物钙钛矿界面结状态、电容信号响应一致性与电流/电容信号成像对比
金属卤化物作为一种高离子浓度软晶格半导体材料，在X射线辐照探测领域展现出超越传统X射线探测半导体材料(硅、非晶硒、碲化镉)几个数量级的高灵敏度。然而，金属卤化物钙钛矿的弱化学键与高离子浓度使得材料在辐照与直流偏压下存在本征离子迁移，进而导致探测器出现非线性电流响应，产生成像迟滞与伪影并伴随着材料的分解与失效，阻碍了金属卤化物钙钛矿基X射线探测器的实际应用。针对这一难题，团队基于考虑离子迁移的泊松方程并结合实验验证，发现了高离子浓度软晶格半导体材料如金属卤化物钙钛矿在暗态与辐照态下具有显著的界面结电容信号变化。因此，可以通过施加低交流偏压并通过电容信号探测X射线，即避免了直流偏压电流读出模式下导致的金属卤化物钙钛矿材料失效，又能得到更加稳定一致的信号输出。同时，团队还基于在低交流偏压下工作的高一致性电容信号实现了使用金属卤化物钙钛矿直接型X射线探测器完成物体内部的三维结构重构成像验证。
本研究为金属卤化物钙钛矿基X射线探测器提供了一种新的工作原理范式，有望加速金属卤化物基X射线探测器从实验室走向实际应用。
