Forschende der Central China Normal University haben einen leistungsstarken Perowskit-Röntgenkomplementärmetalloxid-Halbleiter (CMOS)-Detektor für die medizinische Bildgebung entwickelt. Direktkonversions-Röntgendetektoren aus Halbleitermaterialien weisen eine bessere räumliche und zeitliche Auflösung bei niedrigeren Strahlungsdosen auf, als indirekt konvertierende Detektoren aus Szintillatormaterialien. Die derzeit verfügbaren Halbleitermaterialien wie Si, a-Se und CdZnTe/CdTe sind jedoch aufgrund ihrer geringen Röntgenabsorptionseffizienz oder ihrer hohen Kosten nicht ideal für die allgemeine Röntgenbildgebung.
Perowskite sind eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Halbleitermaterialien. Allerdings ist die Machbarkeit seiner Kombination mit Hochgeschwindigkeits-Pixel-CMOS-Arrays noch unbekannt.
Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher einen Direktkonversions-Röntgendetektor entwickelt, der mit einem 300 μm dicken anorganischen CsPbBr3-Perowskit-Film hergestellt wird, der auf ein spezielles CMOS-Pixel-Array gedruckt ist.
Die Forscher fanden heraus, dass der siebgedruckte dicke CsPbBr3-Film ein hohes μτ-Produkt von 5,2×10-4 cm2 V-1, eine hohe Röntgendetektionsempfindlichkeit von 15891 µC Gyair-1 cm-2 und eine niedrige Dosisdetektionsgrenze von 321 nGyair s-1 aufweist.
Experimentelle 2D-Röntgenbildgebungsergebnisse zeigten, dass der vorgeschlagene Perowskit-CMOS-Detektor eine sehr hohe räumliche Auflösung (5,0 lp mm-1, Hardware-Limit ist 6,0 lp mm-1) und eine niedrige Dosis (260 nGy) erreichen kann.
Darüber hinaus wurde auch die 3D-CT-Bildgebung mit dem vorgeschlagenen Detektor bei einer schnellen Signalauslesegeschwindigkeit von 300 fps validiert.
"Unsere Arbeit zeigt das Potenzial von Bleihalogenid-Perowskiten, die Entwicklung modernster Röntgendetektoren mit deutlich verbesserter räumlicher Auflösung, Auslesegeschwindigkeit und dosisarmer Detektionseffizienz zu revolutionieren", so die Forschenden, und: "Dies ebnet den Weg dafür, dass medizinische Röntgenbildgebungsanwendungen in Zukunft schonender und sicherer werden."
Original Paper:
Dynamic X-ray imaging with screen-printed perovskite CMOS array | Nature Communications
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