山东大学张国栋&陶绪堂AM：生长具有高抗辐照性的两英寸钙钛矿CsPbBr₃单晶用于X射线探测

全无机钙钛矿CsPbBr₃晶体因其优异的光电特性，在γ射线和X射线探测中展现出巨大潜力。然而，大尺寸单晶的生长以及CsPbBr₃基X射线探测器在高能辐射下的稳定性仍待深入研究。

本研究山东大学张国栋和陶绪堂等人采用垂直布里奇曼（VB）法生长了两英寸CsPbBr₃单晶，并在 60 Co γ射线辐照后研究了其X射线探测性能的抗辐照性。与未辐照样品相比，辐照剂量为10 Mrad的晶体表现出更高的缺陷密度（ 1.59 × 1010 cm − 3 ）和更低的电阻率（ 8.2 × 10 7   Ω   cm ）。然而，采用不对称电极结构（Bi/CsPbBr₃/Au）的器件表现出更高的信噪比（14）、稳定且低的暗电流密度（ 7   nA cm − 2），电流漂移为 5.8 × 10 − 15   A cm − 1   s − 1   V − 1 ，在3000 V cm⁻¹电场下对X射线探测的灵敏度高达55722 μ μC G y air − 1 cm⁻²。此外，辐照后的器件在老化220天后仍保持稳定的X射线响应特性。这些发现凸显了CsPbBr₃器件在高性能辐射探测中卓越的缺陷容忍度和辐照稳定性，为其在高辐射环境中的长期应用提供了重要依据。

文章亮点

1. 大尺寸高质量单晶生长：
   通过优化的垂直布里奇曼法和分段冷却工艺，成功生长出直径2英寸、无裂纹的高质量CsPbBr₃单晶，解决了大尺寸晶体生长中的开裂问题。

2. 卓越的抗辐照性能：
   即使接受10 Mrad剂量的γ射线辐照，CsPbBr₃晶体仍保持化学稳定性和高透光率（77%），器件灵敏度显著提升（最高达167015 μ μC Gy⁻¹ cm⁻²），且暗电流漂移极低。

3. 辐照诱导的能带调控机制：
   研究发现辐照诱导的缺陷导致费米能级下移，形成更高的金属-半导体接触势垒，从而抑制暗电流、增强载流子分离效率，提升了器件的探测性能与稳定性。

X. Sun, G. Zhang, W. Ma, et al. “ Growth of Two-Inch Perovskite CsPbBr3 Single-Crystal with High Irradiation Resistance for X-ray Detection.” Adv. Mater. (2025): e12788.

https://doi.org/10.1002/adma.202512788

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