使用单晶氧化镓X射线探测器能够让医生近乎实时地监测辐射

使用单晶氧化镓X射线探测器，能够让医生近乎实时(near-real time)地监测辐射。近日，这项研究成果发表在最新一期的Journal of Materials Science上，题目为Fast X-ray detectors based on bulk β-Ga2O3 (Fe) (《基于β-Ga2O3 (Fe)的X射线探测器》)。

氧化镓是一种新兴的半导体材料，它是按镓(Ga)和氧(O) 2：3的化学计量比例合成的化合物，晶体结构为单斜。

这篇文章的作者来自美国北卡罗来纳州立大学，他们的研究采用了熔体生长法 "EFG" (限边馈膜生长法) 生产的掺铁单晶氧化镓，具有最稳定的β型晶体结构(EFG-grown Fe-doped β-Ga2O3)。研究发现这种材料能够承受高辐射。文章还显示，氧化镓可能比X射线探测器目前使用的许多材料都要快，可以用于医学成像。

这篇论文的作者葛阳(音译)表示，氧化镓基探测器具有很高的抗辐射能力，与其他传统和新兴的X射线传感材料相比，其密度相对较高，这使得它们对入射的X射线辐射具有很高的阻挡能力，且能够长时间工作而不会导致损坏。研究已经表明，氧化镓基探测器的反应可能比之前报道的还要快两个数量级，这极大地鼓舞了在该领域的进一步研究。

氧化镓具有很高的耐辐射性，即使暴露在高辐射下也不影响使用。用它制造的探测器可以在无需冷却的情况下工作，这使得它们可以被应用到不同的成像系统中。

这种材料也可以在没有外部施加电压的情况下使用，还可以在5伏的低电压下工作，这为应用于无源、远程和掌上设备开辟了道路。

研究团队用氧化镓的单晶样品开发了一种放射探测器。电极附着在材料的任一侧，当材料暴露在X射线的照射下时，施加不同的偏置电压(bias voltages)。他们发现，随着X射线的曝光水平增加，氧化镓的电流通过量呈线性增加，这意味着X射线照射量越高，氧化镓的电流增加量也越大。

葛阳表示，下一步将测试氧化镓的成像能力，以及在恶劣环境下的工作性能，比如高温环境。在现阶段，评估其作为X射线成像设备的特性非常重要，因为需要评估许多关键参数，比如空间分辨率、时间分辨率以及基于氧化镓的X射线机可能达到的动态范围。此外，在恶劣的环境条件下测试其性能也非常令人关注，因为这为氧化镓基X射线探测器的应用开辟了新的可能性。

▲氧化镓探测器可以实现对X射线辐射近乎实时的监测

研究还发现，掺铁的氧化镓能显著提高X射线的探测性能，增强了其作为低功耗、高信噪比和线性化的下一代X射线探测器的适用性，并显著改善了瞬时(transient)特性。

近年来，氧化镓作为一种新型超宽禁带半导体材料得到了广泛关注，引发了一场对氧化镓功率器件的研究热潮，美国和日本已经投入了大量的人力、物力和财力开展相关研究。

一直以来，我国在β-Ga2O3晶体材料和器件方面的研究相对落后，关键原因是受限于大尺寸高质量β-Ga2O3晶体的获得。

2017年，同济大学物理科学与工程学院唐慧丽副教授、徐军教授团队采用自主知识产权的导模法技术成功制备出2英寸高质量β-Ga2O3单晶。

2019年，中国电科46所采用导模法成功制备出高质量的4英寸氧化镓单晶。

此外，2017年，国内首家专业从事超宽禁带半导体氧化镓材料及其相关器件研发企业——北京镓族科技有限公司，由北京首都科技发展集团有限公司和北京顺义科技创新集团有限公司注资成立。

这些都将有力推动我国氧化镓基电力电子器件和探测器件的发展。