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Perovskite CsPbBr3 Single Crystal Detector for High Flux X-Ray Photon Counting

光子计数 探测器 物理 光子 光学 X射线探测器 钙钛矿(结构) 粒子探测器 光子通量 焊剂(冶金) 材料科学 Crystal(编程语言) 光电子学 结晶学 计算机科学 化学 程序设计语言 冶金
作者
Lei Pan,Yihui He,Vladislav V. Klepov,Michael C. De Siena,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (11): 3053-3061 被引量:20
标识
DOI:10.1109/tmi.2022.3176801
摘要

X-ray photon-counting detectors capable of resolving the energies of single X-ray photons are critical in medical imaging, and a high count rate is essential for photon-counting detectors. Here, we report the performance of the perovskite CsPbBr3 single-crystal semiconductor detector for X-ray photon counting. The CsPbBr3 detector noise floor, energy response linearity, energy resolution, count rate, and polarization were evaluated. By fine-tuning the detector working conditions, our CsPbBr3 detector with a planar electrode can count an incident X-ray photon rate of ~0.099 and ~0.336 Mcps/pixel at 10% and 30% deadtime loss, respectively, with corresponding energy resolutions of ~18% at 59.5 keV and ~12% at 122 keV at same pulse processing conditions. We also demonstrated that our CsPbBr3 detectors show negligible polarization under an X-ray flux of ~0.45 M photons/s/mm2 for the typical timescale of multiple clinical X-ray scans, such as 1 s– 100 s. Our evaluation demonstrates the high potential of CsPbBr3 detectors for X-ray photon-counting applications in medical and industrial diagnostics with a lower cost than the current state-of-the-art.
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