日常生活中我們經(jīng)常遇到射線，如醫(yī)療成像，安檢，就連仰望天空，也會(huì)有天體輻射。醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)CT、安檢設(shè)備、核儀器、天文儀器、科學(xué)儀器等等這些方面都避免不了。

面對(duì)輻射，我們會(huì)有一種恐懼感，想著輻射越少越好，不然會(huì)影響身體康健。想要射線少，那檢測(cè)設(shè)備就得很靈敏。這考驗(yàn)的是輻射探測(cè)器的能力，能力強(qiáng)，則可以降低輻射源而不降低檢測(cè)目標(biāo)。對(duì)不同的射線，探測(cè)器的常用材料也不同。

碲鋅鎘

有一種神奇材料名叫碲鋅鎘，英文名稱cadmium zinc telluride，CdZnTe，簡(jiǎn)寫為CZT。自然界中并不現(xiàn)存有該物質(zhì)，它是人工用碲、鋅及鎘三種單質(zhì)（包含其它微量添加物質(zhì)）化合生長(zhǎng)而成單晶體，是屬于第三代前沿戰(zhàn)略性的半導(dǎo)體材料，是當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)制造室溫中紅外探測(cè)、X射線探測(cè)、γ射線探測(cè)、核輻射及高能射線等探測(cè)器最為先進(jìn)、優(yōu)異的材料。

碲鋅鎘具有兩大特點(diǎn)：

1.室溫可工作； 2.轉(zhuǎn)換效率最高，即可以最大限度的降低射線的輻射量

這讓人類對(duì)碲鋅鎘充滿了期待，期待選它做輻射探測(cè)器的好材料。

不過(guò)該材料不太容易做成特純凈的晶體，內(nèi)部有雜質(zhì)也就是晶體缺陷，導(dǎo)致探測(cè)器性能變差。比如加碲、鋅、鎘材料不同配比，計(jì)算稍有偏差，就可能出現(xiàn)本征點(diǎn)缺陷、沉淀相等?；蛘呔w生長(zhǎng)過(guò)程中固液界面失穩(wěn)，就產(chǎn)生夾雜相。

測(cè)試缺陷

測(cè)試缺陷一般會(huì)用LBIC法，也就是激光誘導(dǎo)瞬態(tài)光電流，通過(guò)在不同的輸入脈沖輸入電壓下，分析響應(yīng)電流時(shí)間和幅度曲線，可推導(dǎo)載流子的輸運(yùn)過(guò)程。

▲載流子輸運(yùn)過(guò)程，藍(lán)色是電子，黃色是空穴

下圖測(cè)試了兩組曲線，藍(lán)色與紅色明顯有不同

實(shí)看兩個(gè)碲鋅鎘晶體，缺陷也是明顯不同。藍(lán)色CZT1，就是點(diǎn)缺陷，而紅色CZT2，則是一個(gè)明顯的擴(kuò)展缺陷。

▲擴(kuò)展缺陷示意圖

擴(kuò)展缺陷是因?yàn)榛瘜W(xué)成分或者結(jié)構(gòu)不同，引入了不同的電子態(tài)。擴(kuò)展缺陷與獨(dú)立點(diǎn)缺陷有著本質(zhì)的不同，點(diǎn)缺陷的俘獲、去俘獲行為是獨(dú)立的，不受其他點(diǎn)缺陷影響。而擴(kuò)展缺陷，他們的電子態(tài)挨在一起的，如果一個(gè)電子態(tài)有俘獲去俘獲行為，就牽扯到周圍電子態(tài)的動(dòng)作。 擴(kuò)展缺陷到底是什么原因，造成什么影響，業(yè)界也沒(méi)個(gè)統(tǒng)一的說(shuō)法。一般有兩種預(yù)測(cè)，一種是或許因?yàn)閿U(kuò)展缺陷周圍存在一個(gè)肖特基勢(shì)壘和空間電荷區(qū)，影響了載流子的遷移率和電場(chǎng)分布；一種又或者是受到受輻照時(shí)，擴(kuò)展缺陷成了少子的勢(shì)阱，使少子在擴(kuò)展缺陷區(qū)復(fù)合。這些也許，就是未來(lái)科學(xué)家們繼續(xù)揭秘和探索的過(guò)程。

碲鋅鎘半導(dǎo)體材料的應(yīng)用

在軍事用途上，主要是大幅提升武備的紅外探測(cè)性能及其成像清晰度，而當(dāng)前國(guó)際上武備九成以上均是以紅外探測(cè)方式搜尋和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。 在民用領(lǐng)域，未來(lái)主要應(yīng)用于核醫(yī)療、放射源檢測(cè)、無(wú)破損檢測(cè)、核輻射探測(cè)、探溫探源檢測(cè)及夜視等領(lǐng)域、行業(yè)的設(shè)備、儀器的制造。其核心作用與意義在于更新迭代前述行業(yè)的設(shè)備、儀器的工藝、功能及性能，提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，助力國(guó)內(nèi)這些行業(yè)同代等差參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。 更主要的是，碲鋅鎘半導(dǎo)體材料及器件可以提高核醫(yī)療、核輻射劑量、安檢等設(shè)備儀器（如CT機(jī)、X光機(jī)、安檢儀器等）功能與性能，降低放射源劑量，廣泛惠及民眾的醫(yī)療水平及健康。 正因該材料在軍事及民用領(lǐng)域具有諸多革新、顛覆性的功能與性能，國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)能生產(chǎn)制造的先進(jìn)國(guó)家都將其列為戰(zhàn)略性、管制性的產(chǎn)品，對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)與產(chǎn)品的雙封鎖。

審核編輯：郭婷