我国在“光铁电半导体”自驱动X射线探测研究取得新思路

在含有卤素的二元化合物中，卤素呈负价的化合物称为卤化物。包括氟化物、氯化物、溴化物、碘化物以及某些卤素互化物。 按组成卤化物元素的属性分为金属卤化物和非金属卤化物。

近期，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室“无机光电功能晶体材料”研究员罗军华团队以创制强光电耦合的新型光铁电晶体材料为主要目标，设计制备出系列铁电极化与半导体光生载流子耦合的杂化光铁电体，在X射线辐照下，铁电极化所诱导的体光伏效应(~0.5 V)促进光生电子-空穴的自发分离，零偏压下实现了高灵敏的无源自驱动X射线探测，其灵敏度高达~410 μC Gy-1 cm-2。开辟了杂化“光铁电半导体”研究新领域;发展出新一代铁电极化驱动的光电探测技术、高灵敏偏振探测技术及高性能高能射线探测技术。

X射线是一种频率极高，波长极短、能量很大的电磁波，频率一般高于30PHz，波长短于10nm，能量大于124eV。在电磁波中，X射线的频率和能量仅次于伽马射线，频率范围30PHz~300EHz，对应波长为1pm~10nm，能量为124eV~1.24MeV。X射线具有穿透性，但人体组织间有密度和厚度的差异，当X射透过人体不同组织时，被吸收的程度不同，经过显像处理后即可得到不同的影像。

产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，称之为轫致辐射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1nm左右的光子(相当于3EHz的频率和12.4keV的能量)。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特性辐射。

高速电子轰击靶时，与靶物质的相互作用过程是很复杂的。一些高速电子进入到靶物质原子核附近，在原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生变化，一部分动能转化为X光子的能量(hv)辐射出去。这种辐射称为轫致辐射( bremsstrahlung)。一些高速电子进入把物质原子内部，如果与某个原子的内层电子发生强烈相互作用，就有可能把一部分动能传递给这个电子，使它从原子中脱出，从而使原子内电子层出现一个空位，这个空位就会被更外层的电子跃迁填充，并在跃迁过程中发出一个X光子，而发出的X光子的能量等于两个能级的能量差，这种辐射称为特征(标识)辐射。

光铁电体是铁电学的重要分支，也是固体物理学的一个新的研究领域。光电功能晶体,包括激光晶体,非线性光学晶体,电光晶体,介电体超晶格,闪烁晶体和PMN-PT驰豫电单晶等,在高技术发展中具有不可替代的重要作用.近年来,我国在这些重要晶体材料的生长,基础研究和应用方面都获得了很大成绩.综述了光电功能晶体材料研究和应用的部分进展.在此基础上,提出进一步发展晶体理论,扩大理论的应用范围,注重晶体生长基本理论研究,发展新的晶体生长方法和技术,加强晶体生长设备研制,加强晶体从原料到加工,后处理,检测及镀膜等全过程的结合等建议,以全面提高我国光电功能晶体研究发展及其产业化水平。

半导体光电器件是把光和电这两种物理量联系起来，使光和电互相转化的新型半导体器件。即利用半导体的光电效应(或热电效应)制成的器件。光电器件主要有，利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。

光电器件是根据光电效应制作的器件称为光电器件，也称光敏器件。光电器件的种类很多，但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。光电器件的种类主要有: 光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电耦合器件。下面就介绍这些光电器件的结构、工作原理、参数、基本特性。

半导体材料的电导率是由载流子浓度决定的。半导体材料中的载流子包括材料内部的自由电子及其留下的空位—— 空穴两种。在正常情况下自由电子及空穴的形成与复合处于动态平衡，电子要克服原子的束缚成为自由电子必须吸能量，而光照可以向电子提供能量，增强它挣脱原子束缚的能力。使得原本的动态平衡被打破，自由电子及空穴的形成速率大于复合速率，从而在半导体内部形成自由电子——空穴对。因此，光照可以改变载流子的浓度，从而改变半导体的电导率。光电导器件主要有光敏电阻、光电二极管光电三极管等。

新闻来源:福建物质结构研究所

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