基本介紹
- 中文名：碲鋅鎘
- 外文名：cadmium zinc telluride，CdZnTe
- 簡寫：CZT
材料簡介,套用領域,歷史研究,發展方向,研究突破,實驗成功,成果套用,
材料簡介
CdZnTe晶體是一種極具工程意義和戰略意義的功能材料，比如用CdZnTe製造的醫學成像儀為病人檢查身體時可拍攝出更加清晰的照片，同時，又可減少輻射。CdZnTe晶體還是製造性能優良的儀器、儀表的重要原材料。
套用領域
它還被廣泛用作紅外探測器HgCdTe的外延襯底和室溫核輻射探測器等，它具有優異的光電性能，可以在室溫狀態下直接將X射線和γ射線轉光子變為電子，是迄今為止製造室溫X射線及γ射線探測器最為理想的半導體材料。與矽和鍺檢波器相比，CdZnTe晶體是唯一能在室溫狀態下工作並且能處理兩百萬光子/（s·mm）的半導體。另外，CdZnTe晶體分光率勝過所有能買到的分光鏡。CdZnTe探測器的諸多優點，使得它得到了越來越廣泛的套用，核安全、環境監測、天體物理等領域均有套用。在科學研究方面，CdZnTe探測器在高能物理學方面有很大的套用前景，例如它可用於高能粒子的加速系統。化合物半導體探測器具有很大的競爭力，可以預料在粒子物理方面的套用會得到很大發展。此外，CdZnTe探測器在天文物理研究方面也具有廣闊的套用前景。當前，CdZnTe探測器的研究是處於一個迅速發展階段的很有意義的新課題。
歷史研究
CdZnTe材料的研究最早開始於1991年，並且由於其高解析度的潛質以及可以在室溫下操作的顯著特性，曾引起過業界的轟動。但自那以後，CdZnTe基質探測器幾乎沒有什麼突出的進展。2000年，生長工藝的一項新進展使得更大型CdZnTe晶體的生產成為可能，但是由於其晶體內的雜質存在，其解析度仍然不好。美國布魯克海文國家實驗室(BNL)在CdZnTe晶體探測技術方面取得了突破性進展，有可能大大改進遠距離探測核輻射物質的技術。該實驗室的科學家使用國家同步加速光源測試發現，以往未被注意到的CdZnTe晶體內的“死區”，造成晶體結構內大量碲沉積，大大降低γ射線解析度。BNL的科學家發現，通過發現和去除“死區”能夠提高解析度，從而製作出更大型、更精確的CdZnTe基質核輻射物質探測器。雖然CdZnTe探測器的解析度尚不能與鍺探測器相比，但卻大大高於碘化鈉探測器。
發展方向
當前，CdZnTe探測器兩個重要發展方向是：多塊大體積並行探測器和面元陣列探測器。前者由多塊體積大於1cm的CdZnTe晶體陣列組成，這類探測器解決了單個探測器體積小，總探測效率低的缺點，大大縮短了測量時間，尤其適於攜帶型譜儀系統，可套用於環境、港口、鐵路貨物等的放射性監測。後者是由CdZnTe晶體面元陣列組成，主要套用於核醫學、天體物理等領域的能譜成像。
CdZnTe探測器的發展和使用，使獲取高性能光子的高效探測器成為可能，隨著高品質CdZnTe半導體晶體製備技術的不斷提高，對載流子收集過程進一步深入理解和低噪聲微電子學的迅速發展，CdZnTe探測器必將在更廣泛的領域獲得到套用。
研究突破
實驗成功
西北工業大學介萬奇教授團隊在碲鋅鎘晶體材料及製備技術上的重大突破，使之成為可能。除了醫學成像，該成果可廣泛套用於核科學技術、空間天文觀測、安檢等領域。
2014年11月11日，在西北工業大學凝固技術國家重點實驗室，記者親眼目睹了一部手機大小的以碲鋅鎘晶體材料為核心的γ輻射劑量儀，快速精準地捕捉到放射源信息。隨著儀器的啟動，螢幕上很快顯示出“0.18μSv/h”的單位數字。介萬奇介紹，這是宇宙本底射線的輻射量，也是在沒有任何放射源時的背景劑量。碲鋅鎘晶體材料的靈敏度可以達到極限，連微弱到幾乎沒有的宇宙本底射線也能清晰捕捉到，其他放射源就更不在話下了。也正因為這一特性，其研發套用技術含量高、難度大，單是晶體純度就要求達到“7個9”以上。當前，世界上只有極少數實力雄厚的大公司掌握了該材料的產業化技術。介萬奇教授團隊經過多年攻關，在我國首次解決了該材料從原料合成到生成技術以及工藝流程等多項難題，開發出了高性能的碲鋅鎘晶體及高效率、低成本單晶製備技術和關鍵設備。該晶體經英國盧瑟福國家實驗室等國內外多家權威機構測定表明其性能優異，達到國際先進水平。與此同時，與目前國際最先進的傳統工藝技術相比，依託該技術生成的晶體材料成品率提高了3至5倍，生產效率提高3倍以上，綜合成本降低50%以上。
