Lattice‐Gradient Perovskite KTaO3 Films for an Ultrastable and Low‐Dose X‐Ray Detector

材料科学 光电子学 探测器 X射线探测器 光电流 制作 光子 钙钛矿(结构) 薄膜 光学 纳米技术 物理 化学 结晶学 医学 替代医学 病理
作者
Liqi Li,Xuchao Fang,Z. Zhang,Qian Yang,Fei Wang,Menglu Li,Ruixue Zhu,Sheng Wang,Yihan Zhu,Xiaohe Miao,Yangfan Lu,Junhui Shi,Yongjun Wu,Gang Liu,Yanjun Fang,He Tian,Zhaohui Ren,Deren Yang,Gaorong Han
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (47) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202211026
摘要

Conventional indirect X-ray detectors employ scintillating phosphors to convert X-ray photons into photodiode-detectable visible photons, leading to low conversion efficiencies, low spatial resolutions, and optical crosstalk. Consequently, X-ray detectors that directly convert photons into electric signals have long been desired for high-performance medical imaging and industrial inspection. Although emerging hybrid inorganic-organic halide perovskites, such as CH3 NH3 PbI3 and CH3 NH3 PbBr3 , exhibit high sensitivity, they have salient drawbacks including structural instability, ion motion, and the use of toxic Pb. Here, this work reports an ultrastable, low-dose X-ray detector comprising KTaO3 perovskite films epitaxially grown on a Nb-doped strontium titanate substrate using a low-cost solution method. The detector exhibits a stable photocurrent under high-dose irradiation, high-temperature (200 °C), and aqueous conditions. Moreover, the prototype KTaO3 -film-based detector exhibits a 150-fold higher sensitivity (3150 µC Gyair-1 cm-2 ) and 150-fold lower detection limit (<40 nGyair s-1 ) than those of commercial α-Se-based direct detectors. Systematic investigations reveal that the high stability of the detector originates from the strong covalent bonds within the KTaO3 film, whereas the low detection limit is due to a lattice-gradient-driven built-in electric field and the high insulating property of KTaO3 film. This study unveils a new path toward the fabrication of green, stable, and low-dose X-ray detectors using oxide perovskite films, which have significant application potential in medical imaging and security operations.

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