Sensitivity and Detection Limit of Spectroscopic‐Grade Perovskite CsPbBr3 Crystal for Hard X‐Ray Detection

X射线探测器 材料科学 探测器 光电子学 灵敏度(控制系统) 光子计数 光电效应 光子 光电流 X射线 光学 半导体 物理 电子工程 工程类
作者
Yihui He,Ido Hadar,Michael C. De Siena,Vladislav V. Klepov,Lei Pan,Duck Young Chung,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (24) 被引量:49
标识
DOI:10.1002/adfm.202112925
摘要

Abstract Spectroscopic‐grade single crystal detectors can register the energies of individual X‐ray interactions enabling photon‐counting systems with superior resolution over traditional photoconductive X‐ray detection systems. Current technical challenges have limited the preparation of perovskite semiconductors for energy‐discrimination X‐ray photon‐counting detection. Here, this work reports the deployment of a spectroscopic‐grade CsPbBr 3 Schottky detector under reverse bias for continuum hard X‐ray detection in both the photocurrent and spectroscopic schemes. High surface barriers of ≈ 1 eV are formed by depositing solid bismuth and gold contacts. The spectroscopic response under a hard X‐ray source is assessed in resolving the characteristic X‐ray peak. The methodology in enhancing X‐ray sensitivity by controlling the X‐ray energies and flux, and voltage, is described. The X‐ray sensitivity varies between a few tens to over 8000 μC Gy air −1 cm −2 . The detectable dose rate of the CsPbBr 3 detectors is as low as 0.02 nGy air s −1 in the energy discrimination configuration. Finally, the unbiased CsPbBr 3 device forms a spontaneous contact potential difference of about 0.7 V enabling high quality of the CsPbBr 3 single crystals to operate in “passive” self‐powered X‐ray detection mode and the X‐ray sensitivity is estimated as 14 μC Gy air −1 cm −2 . The great potential of spectroscopic‐grade CsPbBr 3 devices for X‐ray photon‐counting systems is anticipated in this work.

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