近日，华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）唐江教授团队研发出一种新型钙钛矿辐射探测器，该探测器具有高灵敏度、无铅化特点，有望应用到医学和安检成像领域，可减少X射线剂量对人体的伤害。相关研究成果“Cs2AgBiBr6 single crystal X-ray detectors with a low detection limit”于10月2日在线发表《自然·光子学》期刊上（Nature Photonics, 2017, 11, 726–732, DOI: 10.1038/s41566-017-0012-4）。

X射线探测器广泛应用于安检、医学成像和工业材料检验等领域。目前传统方法是利用闪烁晶体将X光子转化为可见光，再激励光电倍增管产生电信号，其成像分辨率受到光学串扰限制。而直接探测是利用半导体材料将X光子直接转换为电子信号的检测方法，拥有更高的空间分辨率和更低的系统成本。最近研究表明，有机无机杂化铅卤钙钛矿在X射线直接探测方面具有优异性质，如X射线吸收系数大、载流子扩散距离长、低温溶液制备成本低等，受到人们普遍关注。但铅基钙钛矿的毒性不容忽视，基于铅基钙钛矿的X射线成像系统铅含量达到3336 g/m2，远远超过欧盟对于电子产品中铅含量的限制（1000 ppm），制约了其未来产业化发展。

唐江团队创新性地提出基于铯银铋溴（Cs2AgBiBr6）双钙钛矿单晶的X射线直接探测，将铅基钙钛矿CsPbBr3中的铅替换为银和铋，从而避免铅的使用。更重要的是，铯银铋溴单晶探测器具有对X射线的高灵敏度和低检测限，主要体现在该材料具有高于铅基钙钛矿的平均原子序数，从而保证X射线的高效吸收；同时其间接带隙的跃迁特征保证该材料长的少子寿命（660 ns）和载流子扩散距离，从而提高探测器的电荷收集效率；此外，该材料缺陷浓度低且离子迁移不显著，保证了在工作条件下的高电阻率和低噪音特征，从而有效降低探测器的检测限。作者表示，通过单晶体缺陷的降低和表面缺陷的抑制，最终制备的探测器灵敏度达到105 µC Gyair-1 cm–2，最低检测限为59.7 nGyair s-1，高温和辐照稳定性好，综合性能达到甚至部分超过铅基钙钛矿探测器水平。论文还提出了表征钙钛矿离子迁移的新方法，并通过理论计算和实验实测证实了铯银铋溴具有比有机无机铅基杂化钙钛矿更小的离子迁移。

Cs2AgBiBr6单晶特性，图来源：Nature Photonics

基于Cs2AgBiBr6单晶的X射线探测器性能，图来源：Nature Photonics

来源：武汉光电国家实验室