[发明专利]用于电磁波检测的装置

说明书

公开了一种用于电磁波检测的装置。该装置包括二维钙钛矿，其具有至少50nm的极化发射斯托克斯位移，以使由于再吸收引起的损失最小化。

技术领域

本发明涉及一种用于检测电磁波的装置，特别是用于检测X射线或伽马射线的装置。该装置可以是闪烁体或光电检测器的形式。

背景技术

电磁波或辐射的检测一直处于研究的最前沿。特别地，由于它们的广泛应用，从结晶学(参见例如参考文献8)到空间探索(参见例如参考文献9)，对X射线检测器持续感兴趣(参见例如参考文献3至7)。同时，最近使用杂化金属卤化物钙钛矿用于X射线和γ射线检测的示范已引起了对这类材料的极大兴趣(参见例如参考文献7、10、11和12)。除了它们良好的检测效率外，杂化金属卤化物钙钛矿可以进行溶液处理，并且因此具有在工业和生物医学应用中进行便利集成和开发的极大潜力。

通常，现代X射线检测器依赖于两种主要的能量转换机制。第一种是光子到电流的转换，其中半导体材料直接将入射辐射转换成电流(参见例如参考文献4至6)，并且第二种是X射线到紫外(UV)-可见光子下转换，其中闪烁体材料被耦合到在较低光子能量下操作的灵敏光电检测器(参见例如参考文献2)。

用于使用光电转换的X射线检测的三维杂化金属卤化物钙钛矿的示例是甲基铵三卤化物钙钛矿(MAPbX₃，其中MA＝CH₃NH₃和X＝I、Br或Cl)。作为X射线检测器，由于重Pb和I、Br、Cl原子的大原子序数，MAPbX₃产生显著大的X射线吸收截面(参见例如参考文献10和11)。薄膜MAPbX₃p-i-n光电二极管和侧向光电导体器件已经显示出对X射线光电转换的良好效率(参见例如参考文献10和11)。然而，薄膜X射线检测器通常在高(keV)光子能量下具有低响应度，其中吸收长度(～mm)远大于膜厚度(～μm)。即使增加厚度以提高检测概率，直接光电转换最终也受到有限的载流子扩散长度(钙钛矿中约1μm)的阻碍(参见例如参考文献10)。最近已经在单晶(厚)三维钙钛矿MAPbBr₃中显示出有效的X射线光电转换，但灵敏度仍然限于高达50keV的能量(参见例如参考文献11)。

另一方面，X射线闪烁体不受吸收材料的有限载流子扩散长度的影响(参见例如参考文献18和19)。例如，先前已经通过例如加拿大专利CA 2 434 091示出了使用MAPbX₃的X射线闪烁体。然而，例如MAPbX₃的三维钙钛矿遭受X射线激发发光的热猝灭和低光输出，这导致较差的性能和较低效的闪烁体。此外，先前已经在X射线(参见例如参考文献20)和质子闪烁体(参见例如参考文献21)中测试了具有亚纳秒闪烁衰减时间的苯乙基溴化铅(PhE-PbBr₄)的低维薄膜。然而，由于膜厚度(200μm)的限制，这些闪烁体仅产生5-6％的60keV X射线的检测效率(参见例如参考文献21)。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于电磁波检测的改进装置，其有助于改善一个或多个上述问题。

发明内容

本发明的各方面涉及一种二维杂化钙钛矿的使用，用于闪烁体或光检测器形式的电磁波检测。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于电磁波检测的装置(例如，电磁波检测器)，包括：

二维钙钛矿，其具有至少50nm的极化发射斯托克斯位移，以使由再吸收引起的损失最小化。

一种包括二维钙钛矿的电磁波检测器，由于其由无机层内的电荷约束引起的大激子结合能(～360meV)而比三维钙钛矿更耐受热猝灭。此外，具有大斯托克斯位移的二维钙钛矿使由于再吸收引起的损失最小化。因此，包括具有大斯托克斯位移的二维钙钛矿的电磁波检测器具有相对大的光输出和短的衰减时间，这是高性能电磁波检测器的期望特性。这种二维钙钛矿也可以表现出宽带的极化发射，这也是所希望的。