X射線能夠穿透對可見光不透明的物體，用于醫(yī)療、工業(yè)和科學(xué)等領(lǐng)域的無損檢測。硬X射線能量高穿透能力強(qiáng)，其低相互作用概率使其有效檢測成為挑戰(zhàn)，因而需要較厚的吸收層。尤其對于經(jīng)典平面器件中的直接轉(zhuǎn)換X射線探測器，這種平面器件通常包括放置在前電極和后電極之間的半導(dǎo)體材料。

另一方面，由于競爭性的捕獲和重組過程，大的器件厚度可能會阻礙有效的電荷載流子收集。因此，除了制造相關(guān)的限制，吸收體厚度的選擇還需要在高X射線吸收效率和良好的電荷收集之間權(quán)衡。

過去幾年來，鈣鈦礦基半導(dǎo)體已興起成為直接轉(zhuǎn)換X射線吸收材料，因?yàn)樗鼈冇型Y(jié)合高效X射線吸收、高電荷載流子轉(zhuǎn)換效率以及良好的電荷傳輸性能。此外，高質(zhì)量的鈣鈦礦基半導(dǎo)體可以通過溶液處理和印刷等方法以低成本沉積在剛性或柔性基板上。

因此，目前已有報道多種實(shí)現(xiàn)高性能鈣鈦礦X射線探測器的方法。在此背景下，需要注意的是，鈣鈦礦基半導(dǎo)體也可用于實(shí)現(xiàn)各種光電探測器。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，與經(jīng)典X射線探測器的典型層方案不同，卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology, KIT）的研究人員開發(fā)了一種靈感源自折紙的折疊器件架構(gòu)。該方法的基本思想是在柔性基板頂部制作包括薄鈣鈦礦吸收體的探測器像素，隨后構(gòu)建折疊器件結(jié)構(gòu)，其中輻射平行而不是垂直于像素電極。

由此可以實(shí)現(xiàn)高X射線吸收效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高檢測性能，無需制造過厚的吸收體。此外，由于折疊探測器的像素是物理分離的，并且它們的大小可以由鈣鈦礦層厚度控制，因此這種折疊結(jié)構(gòu)有望提供更高的空間分辨率。研究人員利用基于鈣鈦礦的半導(dǎo)體薄膜在機(jī)械柔性襯底上的可加工性，實(shí)現(xiàn)了靈感源自折紙的折疊X射線探測器。

這項(xiàng)成果基于他們之前的研究，從理論上證明了折疊探測器結(jié)構(gòu)的潛力，隨后通過數(shù)字噴墨打印實(shí)現(xiàn)了柔性鈣鈦礦X射線探測器。

在這項(xiàng)研究中，研究人員報道了靈感源自折紙的折疊鈣鈦礦X射線探測器的實(shí)現(xiàn)。為此，他們提出了一種可折疊鈣鈦礦傳感器陣列的制造，并表征了折疊前后探測器對50 ?kVp?150? kVp X射線輻射的響應(yīng)。此外，研究人員利用一種移動邊緣方法，評估了折疊鈣鈦礦X射線探測器的潛在空間分辨率。最后，通過測量探測器在連續(xù)X射線輻射下的響應(yīng)研究了這種器件的工作穩(wěn)定性。

靈感源于折紙的折疊X射線探測器

X射線探測器的靈敏度和空間分辨率

本研究展示了一種具有卓越高性能的折疊鈣鈦礦X射線探測器原型，驗(yàn)證了折疊器件架構(gòu)的概念。通過在橫向上使用條形電極，這種概念可以擴(kuò)展到2D陣列探測器。

這項(xiàng)研究為具有性能和成本優(yōu)勢的新一代X射線探測器開辟了道路。接下來需要進(jìn)一步研究的一個重要方向是折疊探測器的噪聲。通過使用更薄的箔、適當(dāng)?shù)膱D案化以及印刷薄膜晶體管的集成，有望開發(fā)出新一代低成本的折疊大面積X射線探測器系統(tǒng)。