碲锌镉材料的特点及应用领域

日常生活中我们经常遇到射线，如医疗成像，安检，就连仰望天空，也会有天体辐射。医疗设备、工业CT、安检设备、核仪器、天文仪器、科学仪器等等这些方面都避免不了。

面对辐射，我们会有一种恐惧感，想着辐射越少越好，不然会影响身体康健。想要射线少，那检测设备就得很灵敏。这考验的是辐射探测器的能力，能力强，则可以降低辐射源而不降低检测目标。对不同的射线，探测器的常用材料也不同。

碲锌镉

有一种神奇材料名叫碲锌镉，英文名称cadmium zinc telluride，CdZnTe，简写为CZT。自然界中并不现存有该物质，它是人工用碲、锌及镉三种单质（包含其它微量添加物质）化合生长而成单晶体，是属于第三代前沿战略性的半导体材料，是当前国际国内制造室温中红外探测、X射线探测、γ射线探测、核辐射及高能射线等探测器最为先进、优异的材料。

碲锌镉具有两大特点：

1.室温可工作； 2.转换效率最高，即可以最大限度的降低射线的辐射量

这让人类对碲锌镉充满了期待，期待选它做辐射探测器的好材料。

不过该材料不太容易做成特纯净的晶体，内部有杂质也就是晶体缺陷，导致探测器性能变差。比如加碲、锌、镉材料不同配比，计算稍有偏差，就可能出现本征点缺陷、沉淀相等。或者晶体生长过程中固液界面失稳，就产生夹杂相。

测试缺陷

测试缺陷一般会用LBIC法，也就是激光诱导瞬态光电流，通过在不同的输入脉冲输入电压下，分析响应电流时间和幅度曲线，可推导载流子的输运过程。

▲载流子输运过程，蓝色是电子，黄色是空穴

下图测试了两组曲线，蓝色与红色明显有不同

实看两个碲锌镉晶体，缺陷也是明显不同。蓝色CZT1，就是点缺陷，而红色CZT2，则是一个明显的扩展缺陷。

▲扩展缺陷示意图

扩展缺陷是因为化学成分或者结构不同，引入了不同的电子态。扩展缺陷与独立点缺陷有着本质的不同，点缺陷的俘获、去俘获行为是独立的，不受其他点缺陷影响。而扩展缺陷，他们的电子态挨在一起的，如果一个电子态有俘获去俘获行为，就牵扯到周围电子态的动作。 扩展缺陷到底是什么原因，造成什么影响，业界也没个统一的说法。一般有两种预测，一种是或许因为扩展缺陷周围存在一个肖特基势垒和空间电荷区，影响了载流子的迁移率和电场分布；一种又或者是受到受辐照时，扩展缺陷成了少子的势阱，使少子在扩展缺陷区复合。这些也许，就是未来科学家们继续揭秘和探索的过程。

碲锌镉半导体材料的应用

在军事用途上，主要是大幅提升武备的红外探测性能及其成像清晰度，而当前国际上武备九成以上均是以红外探测方式搜寻和发现目标的。 在民用领域，未来主要应用于核医疗、放射源检测、无破损检测、核辐射探测、探温探源检测及夜视等领域、行业的设备、仪器的制造。其核心作用与意义在于更新迭代前述行业的设备、仪器的工艺、功能及性能，提升产业结构，助力国内这些行业同代等差参与国际竞争。 更主要的是，碲锌镉半导体材料及器件可以提高核医疗、核辐射剂量、安检等设备仪器（如CT机、X光机、安检仪器等）功能与性能，降低放射源剂量，广泛惠及民众的医疗水平及健康。 正因该材料在军事及民用领域具有诸多革新、颠覆性的功能与性能，国际上少数几个能生产制造的先进国家都将其列为战略性、管制性的产品，对我国进行技术与产品的双封锁。

审核编辑：郭婷