研究论文

12 基于无铅双钙钛矿Cs₂AgBiBr₆的超低暗电流软X射线探测器

软X射线探测在生物成像、医疗诊断、光谱分析等领域具有重要应用，尤其在“水窗”波段（波长2.3 — 4.4 nm）可实现生物细胞组织的无损高分辨成像探测。目前商业软X射线探测器主要以硅基器件为主，但硅的原子序数较低（Z = 14），对X射线的吸收效率有限，导致探测器的灵敏度、探测效率等关键性能参数难以满足日益增长的应用需求。此外，基于直接探测机制的硅基电荷耦合器件（CCDs）通常需在低温（< -20 °C）下工作，不仅增加了设备成本与能耗，还限制了其实际应用的便捷性。近年来，新兴的钙钛矿半导体因其优异的X射线吸收能力、高载流子迁移率以及良好的电荷传输性能，为高性能软X射线探测器的研制提供了新思路。但铅基钙钛矿存在铅毒性、环境稳定性差、离子迁移等固有缺陷。无铅双钙钛矿材料Cs₂AgBiBr₆具备优异的稳定性，且同时具备三维钙钛矿优异的光电特性。然而，Cs₂AgBiBr₆在实际应用中仍面临挑战，其结晶速率较快，导致薄膜缺陷密度高，且通常需要较高的退火温度（> 250 °C），限制了其在柔性器件、异质集成探测等领域的应用。

近日，中国科学技术大学胡芹研究员团队提出了一种阳离子合金化策略，成功实现了低温工艺下柔性软X射线探测器的研制（如图1所示）。团队通过用In³⁺部分取代Cs₂AgBiBr₆中的Bi³⁺，在150 °C退火条件下，显著提升了薄膜结晶度，改善了薄膜表面形貌，表面粗糙度由21.5 nm降至17.6 nm。同时，Cs₂AgBiBr₆薄膜的非辐射复合得到有效抑制，缺陷密度从6.31 × 10¹⁶ cm^-3降至2.93 × 10¹⁶ cm^-3。基于该高质量Cs₂AgBiBr₆薄膜，团队构建了ITO/NiO_x/Cs₂AgBiBr₆/C₆₀/BCP/Ag二极管结构的软X射线探测器，并开展了软X射线性能测试。实验结果表明，该器件在500 eV软X射线照射下表现出优异的探测性能，光暗电流比高达~10³，暗电流密度低至0.32 nA/cm²，优于此前报道的钙钛矿基软X射线探测器及商用硅基软X射线探测器；响应度达到24.32 mA/W，量子效率高达725%。此外，该器件还具备快速响应能力（响应时间10 ms）和良好的长期稳定性，在承受超1 × 10¹³个X射线光子通量照射后，仍能保持与初始状态相当的探测性能。进一步，团队成功实现了Cs₂AgBiBr₆薄膜与柔性TFT的异质集成，获得了清晰的探测成像。这一重要进展充分证实了Cs₂AgBiBr₆材料在柔性X射线探测领域的应用潜力，为开发新一代柔性X射线成像系统提供了重要技术支撑。

图1. (a) 软X射线探测器结构图；(b) 器件在不同光子能量下的响应；(c) 对照组与实验组在暗态及500 eV软X射线照射下的I-V曲线；(d) 成像过程示意图；(e) TFT阵列单像素结构示意图；(f) “U” “S” “T” “C”四个字母光学成像。

该文章以题为“Ultralow dark current soft X-ray detectors based on lead-free double perovskite Cs₂AgBiBr₆”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Ultralow dark current soft X-ray detectors based on lead-free double perovskite Cs₂AgBiBr₆

Long Cheng, Lijuan Huang, Mulin Sun, Ying Meng, Yuan Li, Tianyu Liu, Pengju Tan, Mingzhu Hu, Huaqing Yang, Xiaolan Ma, Shunjie Yu, Xiaohu Hou, Yong Guan, Junfa Zhu, Xiaosong Liu, Yu Li, Shibing Long, and Qin Hu

J. Semicond. 2026, 47(1), 012801 doi: 10.1088/1674-4926/25070009

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13 面向储备池计算的背栅调控时域动态特性有机电化学晶体管

储备池计算（RC）作为人工神经网络中的一种新兴范式，采用具有动态非线性但权重固定的储备池层，仅需训练读出层即可大幅降低计算成本。具有衰退记忆特性的神经形态器件，如有机电化学晶体管（OECT），因具有低工作电压、高灵敏度和生物相容性等独特优势，在RC系统中展现出巨大的潜力并备受关注。目前报道的基于OECT的RC系统已成功应用于心律失常分类、手势识别和鼾声检测等任务。然而，现有的OECT器件往往缺乏动态特性的可调能力，限制了其在处理多时间尺度任务时的表现。尽管有研究人员尝试通过调节沟道掺杂浓度或几何尺寸来定制器件的动态特性以优化识别率，但这些特性一旦器件制备完成即被固定，缺乏制造后的可调性。这一局限性严重阻碍了OECT在构建复杂、多时间尺度RC网络中的有效应用。

近日，复旦大学王明老师课题组通过引入垂直背栅电极，并利用标准光刻技术及锗（Ge）作为牺牲层保护半导体沟道，成功制备了具有时间动态可调特性的双栅OECT神经形态突触器件。他们在该工作中系统研究了双栅结构对器件时间特性的调控效果与机理，电化学表征表明，源于平面栅诱导的电化学掺杂与背栅诱导的静电耦合的协同作用，OECT突触器件的弛豫时间（τ）可在93 ms至541 ms的宽范围内灵活配置。此外，他们将该τ可调OECT作为物理储备池层构建RC系统，并应用于智能驾驶轨迹预测任务，得益于器件对时间动态特性的精准调控，系统的预测精度从不足69%显著提升至99%。

背栅调控策略的引入有效解决了传统OECT器件制造后时间特性固定的难题，为高性能、多时间尺度RC计算系统的硬件设计提供了更广阔的空间。

图1. (a) τ可调OECT的制备工艺流程示意图及器件的光学图像。(b) OECT人工突触的结构示意图。(c) 自突触前VB对突触前VG诱导的突触后电流（PSC）时域动态特性的调制。(d) OECT器件的转移特性曲线。

图2. (a)−(b) OECT在不同平面栅极幅值（VG）和脉宽（TG）下的突触后电流（PSC）响应。 (c) OECT在不同背栅电压（VB）下的PSC响应。 (d) 从图(a)−(c)中提取的弛豫时间（τ）分布。

该文章以题为“Back-gate-tuned organic electrochemical transistor with temporal dynamic modulation for reservoir computing”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Back-gate-tuned organic electrochemical transistor with temporal dynamic modulation for reservoir computing

Qian Xu, Jie Qiu, Mengyang Liu, Dongzi Yang, Tingpan Lan, Jie Cao, Yingfen Wei, Hao Jiang, Ming Wang

J. Semicond. 2026, 47(1), 012802 doi: 10.1088/1674-4926/25090001

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