高抗辐照性二英寸CsPbBr3单晶的制备及其在X射线探测中的应用研究

本研究针对钙钛矿CsPbBr3晶体在大尺寸制备及辐照稳定性方面的挑战，通过垂直布里奇曼法成功生长出二英寸单晶，并系统评估其经60Co γ射线辐照后的X射线探测性能。研究发现10 Mrad剂量辐照后晶体陷阱密度升至1.59×1010 cm?3，电阻率降至8.2×107 Ω cm，但Bi/CsPbBr3/Au器件仍表现出14的信噪比、7 nA cm?2的低暗电流及55722 μC Gyair?1 cm?2的高灵敏度，且在220天后保持稳定，为高辐照环境下辐射探测器长效部署提供关键技术支撑。

　　

全无机钙钛矿CsPbBr₃晶体因其优异的光电特性，在γ射线和X射线探测领域展现出巨大潜力。然而，大尺寸单晶（SCs）的制备及其在高能辐射下的稳定性仍是未解难题。本研究采用垂直布里奇曼法（VB法）成功生长出二英寸CsPbBr₃单晶，并系统探究了经⁶⁰Co γ射线辐照后其X射线探测性能的抗辐照能力。与未辐照样品相比，接受10 Mrad剂量辐照的晶体表现出更高的陷阱密度（1.59 × 10¹⁰ cm^?3）和更低的电阻率（8.2 × 10⁷ Ω cm）。但采用不对称电极结构的Bi/CsPbBr₃/Au器件却展现出增强的信噪比（14）、稳定且低至7 nA cm^?2的暗电流（电流漂移率为5.8 × 10^?15 A cm^?1 s^?1 V^?1），以及在3000 V cm^?1电场下高达55722 μC Gy_air^?1 cm^?2的X射线探测灵敏度。更值得注意的是，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领域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关键科学依据。