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記者10月21日從中國科學技術大學獲悉，該校微電子學院特任研究員胡芹課題組基于鈣鈦礦半導體薄膜缺陷調控和PIN垂直型器件結構設計策略，實現了目前鈣鈦礦軟X射線探測器中的最高量子效率。相關成果日前發表在國際期刊《先進材料》上，并被選為卷首插圖。

X射線已經被廣泛應用于醫療診斷、工業探傷、安防安檢等各個重要領域。而針對軟X射線波段（0.1—10千電子伏特）的探測成像技術在現代科學研究中則扮演著至關重要的角色，其應用范圍涵蓋天文觀測、生物成像、微納加工等多個領域。當前軟X射線圖像傳感器市場主要由國外廠商硅基器件占據，因此亟須開發具有我國自主知識產權的新型軟X射線探測技術。由于鈣鈦礦半導體具有X射線吸收系數大、載流子壽命積高、制備成本低等突出優勢，因此在軟X射線探測方面具有巨大潛力。然而，目前關于鈣鈦礦軟X射線探測器的研究還相對較少，且其在量子效率等關鍵性能參數上距離理論值還有較大差距。

針對上述問題，研究團隊首先針對軟X射線特點，結合光場分布模擬，優化了鈣鈦礦PIN垂直型光電二極管結構，最大化增加鈣鈦礦活性層的光吸收。隨后，研發團隊構筑了多維鈣鈦礦異質結，降低鈣鈦礦半導體薄膜缺陷，減小載流子復合的同時降低器件暗電流，提高光電響應。最終，該器件在室溫下達到目前已知報道的鈣鈦礦軟X射線探測器中的最高量子效率，且各項性能參數接近硅基商業化器件水平，且在基于同步輻射線站的高通量軟X射線輻照下依然保持良好的穩定性。基于該高性能器件結構，團隊還成功在柔性基底上制備了軟X射線探測器，并實現了曲面線性成像陣列。

研究人員表示，這項研究證明了鈣鈦礦半導體光電器件在新一代適應復雜光學系統的柔性軟X射線成像探測系統中的應用潛力。

（中國科學技術大學供圖）