苏大AFM：钙钛矿半导体CsPbBr3实现内置栅网固态弗里希栅探测器用于辐射探测

辐射探测应用中，半导体探测器相当于固态的电离室，其工作原理与气体电离室相似。内部栅网结构是气体电离室的重要组成部分，能够提供电荷屏蔽并为辐射事件的轨迹重建提供额外信息。然而，栅网结构至今尚未应用于半导体探测器中。

本研究苏州大学何亦辉等人首次使用溶液法CsPbBr3设计并合成了内置栅网结构的半导体探测器（固态弗里希栅探测器）。通过使用添加剂（DPSI）实现CsPbBr3原子级逐层生长，使用清洁剂（DSO）抑制固态弗里希栅单晶的表面腐蚀和重结晶，实现了简单、稳定的固态弗里希栅单晶制备。

研究发现，该探测器能够实现有效的单极性电荷屏蔽（grid inefficiency = 17.1%），能量分辨率（137Cs@662 keV γ射线最高1.65%）、时间分辨率（缩短35%）相比于平面型探测器均有显著提升，器件在保存6个月后能谱性能没有明显衰减。此外，该研究还探索了使用多丝信号实现载流子漂移路径的重建，获得了高位置分辨性能（40.0 μm）。这项研究推动了半导体探测器向小型化、集成化方向的发展，为专用型探测器件的革新开辟了新路径。

研究亮点

1.技术突破：首次实现内置栅网结构的半导体辐射探测器。

2.高射线吸收效率：与气体探测器相比，半导体探测器具有更高的密度（ρ(Argon) = 1.78×10-3 g‧cm-3，ρ(CsPbBr3) = 4.86 g‧cm-3）以及更高的射线吸收效率（约104倍）。

3.高能量分辨率：137Cs@662 keV γ射线源能量分辨率达到2.0%，优于其他已报道溶液法CsPbBr3探测器。深度分析显示，该探测器能量分辨率最高可达1.65%。

4.高时间分辨率：相比于栅未作用的条件，收集极波形的上升时间缩短了35%。

5.高位置分辨率：多丝型固态弗里希栅探测器能够实现40.0 μm的位置分辨率，而文献报道CdZnTe探测器最佳的位置分辨率为53.5 μm。相比于像素型探测器，多丝结构不直接收集载流子，能够有效避免电荷共享对信号幅值的影响。

H. Qin, N. Shen, B. Xiao, X. He, Y. Wang, Q. Sun, S. Wei, X. Ouyang, B. Zhou, Z. Wu, Q. Min, R. Ren, N. Ding, W. Chen, X. Wang, Z. Chai, X. Ouyang, Y. He, Solution-Processed High-Resolution Solid Frisch-Grid Perovskite Detector for Hard Radiation. Adv. Funct. Mater. 2025, e09390.

https://doi.org/10.1002/adfm.202509390

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