采用MAPbBr3单晶制备的PIN光电二极管的溶液法外延生长技术，用于高能量分辨率的伽马射线光谱学研究

《Journal of Materials Chemistry C》：Solution-processed epitaxial growth of PIN photodiodes made of MAPbBr3 single crystals for high energy resolution gamma-ray spectroscopy

针对铅溴化铯单晶探测器高偏压噪声大、低偏压电荷收集效率低的问题，本研究通过异价金属合作与外延生长技术构建同质结PIN结构，显著抑制界面缺陷，在2400 V/cm电场下实现4.2×103电子噪声和80%以上电荷收集效率，能量分辨率达3.5%，为制备高性能钙钛矿伽马射线探测器提供新思路。

　　

铅卤化物钙钛矿单晶（LHPSCs）由于其较高的原子序数、优异的载流子传输特性以及可调的带隙，在伽马光谱检测中展现出独特的潜力。在各种LHPSCs中，MAPbBr₃（其中MA = CH₃NH₃）是最容易从溶液中生长出来的，并且可以制备出厘米级的尺寸。现有的器件在高偏压下会产生较高的噪声，或者在低偏压下电荷收集效率较低。我们的工作旨在解决这一矛盾，设计一种在高偏压下仍能实现高电荷收集效率和低噪声的伽马光谱探测器。本研究提出了一种通过异质金属作用和外延生长制备的p-MAPbBr₃/i-MAPbBr₃/n-MAPbBr₃ PIN光电二极管的结构。通过构建这种同质结PIN结构，界面附近的缺陷得到了显著抑制。在零偏压下，N–I和I–P区域的耗尽层宽度分别达到了1.04 μm和0.94 μm，证明了PIN结的有效生长。因此，在2400 V/cm的偏压下，噪声仅为4.2 × 10³电子/厘米，迁移率-寿命乘积为3.44 × 10^-3厘米²伏特^-1，从而将载流子收集效率提高了80%以上。实验结果显示，在2400 V/cm的电场下，该探测器对662 keV的伽马射线光子的检测性能非常出色，能量分辨率达到了3.5%。这项工作为基于钙钛矿的伽马射线探测器的制备提供了有用的信息。