中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，在胡芹特任研究員的帶領(lǐng)下，近期在鈣鈦礦軟X射線探測器件的研究上取得了顯著進(jìn)展。他們基于鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的缺陷調(diào)控與PIN垂直型器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新策略，成功打造出了目前鈣鈦礦軟X射線探測器中量子效率最高的器件。這一成果已在國際權(quán)威期刊《Advanced Materials》上發(fā)表，并被選為該期卷首插圖，彰顯其重要性。

X射線自1895年被發(fā)現(xiàn)以來，已在醫(yī)療、工業(yè)、安防等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而軟X射線波段(0.1-10 keV)的探測成像技術(shù)，在天文觀測、生物成像及微納加工等現(xiàn)代科學(xué)研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著我國深空探測技術(shù)和同步輻射大科學(xué)裝置的快速發(fā)展，對高性能、高可靠性的軟X射線探測器需求日益迫切。然而，當(dāng)前軟X射線圖像傳感器市場主要由國外廠商主導(dǎo)的硅基CCD器件占據(jù)，且硅基器件在軟X射線吸收率、靈敏度及耐輻照性方面存在局限性。

鈣鈦礦半導(dǎo)體以其X射線吸收系數(shù)大、載流子壽命積高及制備成本低等優(yōu)勢，在軟X射線探測領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，關(guān)于鈣鈦礦軟X射線探測器的研究相對較少，且其量子效率等關(guān)鍵性能參數(shù)距離理論值仍有較大差距。針對此問題，研究團(tuán)隊(duì)首先優(yōu)化了鈣鈦礦PIN垂直型光電二極管結(jié)構(gòu)，結(jié)合光場分布模擬，最大化提升了鈣鈦礦活性層的光吸收效率。同時(shí)，采用納米網(wǎng)絡(luò)電極設(shè)計(jì)，有效減輕了上電極的遮擋，確保了載流子的高效提取與傳輸。此外，團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了多維鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，降低了鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的缺陷，減少了載流子復(fù)合，進(jìn)而降低了器件的暗電流，提高了光電響應(yīng)性能。

最終，該器件在室溫下達(dá)到了目前已知的鈣鈦礦軟X射線探測器中的最高量子效率，各項(xiàng)性能參數(shù)已接近硅基商業(yè)化器件水平。基于該高性能器件結(jié)構(gòu)，團(tuán)隊(duì)還成功制備了柔性基底上的軟X射線探測器，并實(shí)現(xiàn)了曲面線性成像陣列。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還驗(yàn)證了鈣鈦礦器件在極端溫度范圍內(nèi)的工作穩(wěn)定性，為鈣鈦礦半導(dǎo)體光電器件在新一代柔性軟X射線成像探測系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。