近日，郑州大学单崇新团队以“Highly sensitive diamond X-ray detector array for high-temperature applications”为题在Chip上发表研究论文，利用金刚石实现了可在高温环境下工作的高灵敏度X射线探测阵列。
X射线以其短波长和高能量，在医学成像、工业探伤、晶体结构分析以及安全筛查等多个领域得到了广泛应用。然而，这些应用的效果高度依赖于高性能和稳定的X射线探测器。目前，由于材料和设备检测机制的限制，开发兼具高灵敏度、快速响应和稳定性的探测器仍然面临挑战。本文研究中，作者利用单晶金刚石构建了一个10×10 X射线探测器阵列，并通过不对称夹层电极结构提升了探测器的灵敏度。该金刚石X射线探测器阵列表现出了卓越的探测性能和高温稳定性。
制造过程包括几个步骤：首先，通过光刻法和磁控溅射法在金刚石正面沉积了10×10个银电极，每个电极的尺寸为850 mm×850 mm，电极间距为120 mm。接着，在金刚石背面沉积了Ti/Au电极。为了减少相邻像素之间的串扰，采用激光切割在银电极之间切割出沟槽。这些沟槽有效抑制了载流子的横向传输，从而减少了像素间的串扰，提升了探测器的光电性能和图像清晰度。
上图展示了金刚石X射线探测器在不同条件下的性能。结果表明在50 V偏置电压下，灵敏度响应为14.3 mC Gy-1 cm-2。40 V偏置下，信噪比等于3时的检测阈值为4.9 nGy s-1。在27~450℃温度范围内光电流随着温度升高而增加。在62.83 nGy s-1 X射线剂量率下光电流和暗电流均表现出良好的重复性。
总结，本文开发了一种10×10单晶金刚石X射线探测器阵列。 通过采用不对称电极结构和激光切割加工的沟槽，显著提升了探测器的性能。 该探测器在50 V偏置下展现出18312的光暗电流比、14.3 mC Gy-1 cm-2的灵敏度和4.9 nGy s -1的检测极限，达到当前金刚石X射线探测器中的最佳水平。 探测器还具有优异的均匀性和稳定性，能够在高达450 ℃的高温下有效探测X射线，拓展了其在恶劣环境下的应用潜力。
