X 射線和 γ 射線等電離輻射探測在醫(yī)學(xué)成像、國土安全以及高能物理研究等諸多領(lǐng)域都至關(guān)重要。金屬鹵化物鈣鈦礦（如 CsPbBr?）因其生產(chǎn)成本低、在寬光子能量范圍（200–500 keV）內(nèi)靈敏度高，且可在室溫下工作，已成為 X 射線探測領(lǐng)域日益受青睞的材料。

這類材料要走向商業(yè)化，最大的挑戰(zhàn)之一是如何獲得高質(zhì)量的塊狀晶體，因為晶體質(zhì)量直接決定了探測器的性能。高質(zhì)量晶體通常具有較高的載流子遷移率和較長的載流子壽命，這兩者對于高效收集電荷至關(guān)重要。

本文介紹劍橋大學(xué)Samuel Stranks教授團隊發(fā)表在《Advanced Materials》上的一項研究1。在該研究中，作者采用輻射發(fā)光（RL）光譜技術(shù)，評估了CsPbBr?晶體用于電離輻射探測的質(zhì)量。

為了保證RL測量結(jié)果能真實反映晶體質(zhì)量，需要使用高精度的科研級儀器。該研究的RL測量是在配備了XS1輻射發(fā)光樣品室的愛丁堡儀器FLS1000光致發(fā)光光譜儀上完成的（圖1）。XS1樣品室通過液光導(dǎo)與FLS1000連接，可兼容連續(xù)輸出（CW）和脈沖 X 射線源。

圖 1：用于光譜測量的 FLS1000 光致發(fā)光光譜儀與 XS1 輻射發(fā)光樣品倉連接示意圖

研究人員通過控制晶體生長速率，合成了不同質(zhì)量的CsPbBr?單晶：低質(zhì)量晶體（生長速率3 mm/h）、高質(zhì)量A晶體（2 mm/h）和高質(zhì)量B晶體（1 mm/h）。晶體的質(zhì)量還通過其暗計數(shù)和對γ射線的響應(yīng)進行了評估。輻射發(fā)光測量在配備XS1樣品室的FLS1000光譜儀上進行。

將不同質(zhì)量的單晶放入 XS1 樣品倉，使用 X 射線源輻照，電壓和電流分別設(shè)置為 60 kV/200 μA、40 kV/300 μA 或 20 kV/600 μA，每種情況下總功率均為 12 W。XS1 配套的 X 射線源可通過軟件控制輕松調(diào)節(jié)電壓和電流。發(fā)射信號由 PMT-980 探測器檢測，其光譜覆蓋范圍可達 950 nm。

圖 2：在 X 射線源分別工作于 (a) 60 kV 200 μA、(b) 40 kV 300 μA 和 (c) 20 kV 600 μA 條件下測得的不同質(zhì)量 CsPbBr?晶體的輻射發(fā)光（RL）發(fā)射光譜。