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摘 要: 有机半导体材料具有低原子量、低成本、柔性和组织等效性等特点可以克服传统无机半导体X射线探测器（如非晶硅、CZT）的局限性，使其在实现可直接探测高能射线、医学诊疗、剂量监测及成像领域表现出巨大潜力。但亟需解决吸收率低的科学难题和大面积柔性制备的技术瓶颈。本研究采用空间熔融限域法制备了尺寸为15 × 18 mm2的4羟基苯甲腈（C7H5NO，4HCB）有机半导体膜；缓慢冷却（0.3 ℃/min）后得到的择优面是（002），该方向是苯环紧密堆积且缺陷更少的方向，有利于载流子传输；4HCB器件电阻率约为1012 Ω·cm，空穴迁移率为10.62 cm2·V-1·s-1；在外加偏压为100 V时，器件4HCB探测器对20 kVp的X射线束探测灵敏度高达93 μC·Gyair-1·cm-2，与商业应用α-Se探测器相当；探测到的最低X射线剂量率小于 3.48 μGyair·s-1，满足常规医学应用，并在弯曲测试中表现出良好的柔性探测能力。
此外，我们提出将高原子序数ZnO纳米颗粒嵌入有机材料中以改善有机材料对X射线较弱的吸收能力。由于4HCB的层状特性，ZnO在4HCB中呈条纹状的均匀排列在层间，保证了高度取向的4HCB/ZnO复合膜良好的传输能力（0.22 cm2·V-1·s-1）。该复合探测器的X射线灵敏度最高可达到约477 μC·Gyair-1·cm-2，在相同电场下高出本征4HCB膜器件灵敏度的20倍。灵敏度的显著提高是X射线入射到纳米颗粒后发生米氏散射带来的吸收增强，有效增加了射线的传播路径。最后，我们基于4HCB探测器搭建了X射线成像系统，证明其在低剂量（< 150 μGyair·s-1）X射线辐照下具有优异的成像能力。
关键词：有机半导体，X射线探测，米氏散射，高灵敏度，成像
