【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所邵宇川研究員團隊，基于體相離子遷移的主動修復方法實現了低漂移、高靈敏度的鈣鈦礦X射線探測器。相關研究成果以“Low-Drift and High-Sensitivity Perovskite X?ray Detector through Proactive Healing of Bulk Ion Migration” 為題發表于ACS Applied Materials & Interfaces。
金屬鹵化物鈣鈦礦作為最具潛力的X射線探測材料，其光電性能已大幅超越傳統半導體材料，但由于其穩定性的限制，使得在商業上的應用受到了極大的阻礙。鈣鈦礦器件的穩定性主要包括環境穩定性與電場穩定性兩方面，其中環境穩定性能夠通過封裝屏蔽環境水氧解決，但電場穩定性卻因偏置電壓驅動下離子遷移導致難以實現。因此，解決鈣鈦礦器件的電場穩定性是決定其能否真正取代傳統半導體輻射探測器件的關鍵問題。
本研究針對鈣鈦礦材料的場致離子遷移現象，提出了交流電壓法以主動修復偏置電壓下的離子遷移，避免了離子持續遷移積累所導致的器件失效，從而實現工作過程中的長期穩定。針對電流穩定性進一步分析發現，相比較于直流偏置下的電流持續漂移，本研究所提出的交流電壓法僅在新器件初始施加電壓的過程中表現為輕微的初始衰減，斷電后再次施加則不會重復這一過程。電流的衰減被證明為器件缺陷降低的結果，光電響應的提高也進一步驗證這一現象，因此，交流電場可以作為一種電場預處理手段，用于降低鈣鈦礦材料缺陷。在此基礎上，基于電場預處理后的Au/MAPbBr3/Au器件實現了∼10−6 nA cm−1 V−1 s−1的低暗電流漂移及5.43 × 104 (空穴)和4.78 × 104 (電子) μC Gyair−1 cm−2的高靈敏度，并進行了低劑量下的X射線成像。該研究不僅展示了對鈣鈦礦器件離子遷移主動修復的深刻見解，而且提供了有效的預處理和工作策略。
相關工作得到上海市探索者項目支持。
圖1. 基于交流電壓法的離子遷移主動修復策略。(a)交流電壓法下的電壓序列；(b)電場驅動下的離子遷移；(c)Au/MAPbBr3/Au器件在直流偏置、脈沖電壓與交流電壓下的電流-電壓曲線；(d)Au/MAPbBr3/Au器件在直流偏置與交流電壓下的長期穩定性。
圖2. Au/MAPbBr3/Au器件成像。(a)成像示意圖；(b)基于交流電壓法的低劑量成像。
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