低温生长FAPb0.5Sn0.5I3单晶实现低暗电流与检测限的高灵敏度X射线探测器

为解决金属卤化物钙钛矿(MHP)X射线探测器中离子迁移导致的性能不稳定问题，研究人员开发了低温晶体生长策略，采用2-甲氧基乙醇(2ME)溶剂抑制Sn2+氧化，制备出FAPb0.5Sn0.5I3单晶。该材料具有0.95 eV的高离子迁移活化能(Ea)，器件暗电流密度低至0.75 nA cm?2，检测限达0.81 nGyair s?1，同时实现8.1×103 μC Gyair?1 cm?2的高灵敏度，为稳定低剂量X射线检测提供新方案。

　　

离子迁移(ion migration)一直是困扰金属卤化物钙钛矿(Metal Halide Perovskite, MHP)X射线探测器的顽疾。铅锡(Pb-Sn)合金钙钛矿单晶虽具抑制离子迁移潜力，但传统制备过程中Sn²⁺易氧化的问题令人头疼。这项研究另辟蹊径，采用低温晶体生长策略，以2-甲氧基乙醇(2ME)为溶剂，成功守护住Sn²⁺的"抗氧化盔甲"，大幅减少空位缺陷的形成。

由此诞生的FAPb_0.5Sn_0.5I₃单晶（FA=甲脒离子）展现出0.95 eV的离子迁移活化能(E_a)，比纯铅基钙钛矿晶体高出近一倍。基于此的探测器性能惊艳：暗电流密度仅0.75 nA cm^?2，电流漂移速率低至4.2×10^?7 nA cm^?1 s^?1 V^?1，检测限突破0.81 nGy_air s^?1的行业瓶颈。更妙的是，这些晶体载流子迁移率-寿命积(μτ)高达2.7×10^?3 cm² V^?1，使得零偏压自供电X射线探测器也能斩获8.1×10³ μC Gy_air^?1 cm^?2的超高灵敏度。这项研究首次将Pb-Sn合金单晶引入X射线探测领域，在抑制离子迁移与暗电流的同时，完美保留了器件灵敏度，为稳定、低剂量X射线检测开辟了新航道。