Freezing non-radiative recombination in high-performance CsPbBr3 single crystal x-ray detector

光激发 光致发光 材料科学 激发态 光电子学 离子 液氮 分析化学(期刊) 探测器 原子物理学 光学 化学 物理 色谱法 有机化学
作者
Xiao Zhao,Shimao Wang,Yanan Song,Toru Aoki,V. A. Gnatyuk,Libing You,Zanhong Deng,Ruhua Tao,Xiaodong Fang,Gang Meng
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (8) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0224223
摘要

Though CsPbBr3 single crystals (SCs) possess intriguing photoelectronic properties for x/γ-ray detection, the serious ion migration and high thermally activated carrier concentration at room temperature (RT), typically associated with defect states in CsPbBr3 crystals, result in a high dark current and drift of baseline, hindering their potential applications. In this investigation, liquid nitrogen cooling is proposed to freeze deep-level defects in CsPbBr3 SCs, thereby suppressing the ion migrations and decreasing the thermally excited carrier concentration. Utilizing photoluminescence (PL) and time-resolved PL spectra, coupled with theoretical models for photoexcitation and photoemission processes, the freezing of deep-level defects at liquid nitrogen temperature (LNT) is confirmed, which is conducive to decreasing non-radiative recombination. At LNT, the CsPbBr3 SC exhibits a higher resistivity of 4.95 × 1011 Ω cm and a higher mobility–lifetime product of 9.54 × 10−3 cm2 V−1, in contrast to the RT values of 3.86 × 109 Ω cm and 3.67 × 10−3 cm2 V−1, respectively. Furthermore, the x-ray detector at LNT exhibits a high sensitivity of 9309 μC Gyair−1 cm−2 and an impressively low detection limit of 0.054 nGy s−1, which offers a route for obtaining highly sensitive x-ray detectors for applications including ultra-low dose radiation imaging.
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