碲锌镉

化学晶体

碲锌镉，英文名称cadmium zinc telluride，CdZnTe，简写为CZT。CZT晶体是宽禁带II-VI族化合物半导体，可以看作是CdTe和ZnTe固溶而成。随着Zn加入量的不同，熔点在1092到1295摄氏度之间变化。

材料简介

CdZnTe晶体是一种极具工程意义和战略意义的功能材料，比如用CdZnTe制造的医学成像仪为病人检查身体时可拍摄出更加清晰的照片，同时，又可减少辐射。CdZnTe晶体还是制造性能优良的仪器、仪表的重要原材料。

应用领域

它还被广泛用作红外探测器HgCdTe的外延衬底和室温核辐射探测器等，它具有优异的光电性能，可以在室温状态下直接将X射线和γ射线转光子变为电子，是迄今为止制造室温X射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料。与硅和锗检波器相比，CdZnTe晶体是唯一能在室温状态下工作并且能处理两百万光子/（s·mm）的半导体。另外，CdZnTe晶体分光率胜过所有能买到的分光镜。CdZnTe探测器的诸多优点，使得它得到了越来越广泛的应用，核安全、环境监测、天体物理等领域均有应用。在科学研究方面，CdZnTe探测器在高能物理学方面有很大的应用前景，例如它可用于高能粒子的加速系统。化合物半导体探测器具有很大的竞争力，可以预料在粒子物理方面的应用会得到很大发展。此外，CdZnTe探测器在天文物理研究方面也具有广阔的应用前景。当前，CdZnTe探测器的研究是处于一个迅速发展阶段的很有意义的新课题。

历史研究

CdZnTe材料的研究最早开始于1991年，并且由于其高分辨率的潜质以及可以在室温下操作的显著特性，曾引起过业界的轰动。但自那以后，CdZnTe基质探测器几乎没有什么突出的进展。2000年，生长工艺的一项新进展使得更大型CdZnTe晶体的生产成为可能，但是由于其晶体内的杂质存在，其分辨率仍然不好。美国布鲁克海文国家实验室(BNL)在CdZnTe晶体探测技术方面取得了突破性进展，有可能大大改进远距离探测核辐射物质的技术。该实验室的科学家使用国家同步加速光源测试发现，以往未被注意到的CdZnTe晶体内的“死区”，造成晶体结构内大量碲沉积，大大降低γ射线分辨率。BNL的科学家发现，通过发现和去除“死区”能够提高分辨率，从而制作出更大型、更精确的CdZnTe基质核辐射物质探测器。虽然CdZnTe探测器的分辨率尚不能与锗探测器相比，但却大大高于碘化钠探测器。

发展方向

当前，CdZnTe探测器两个重要发展方向是：多块大体积并行探测器和面元阵列探测器。前者由多块体积大于1cm的CdZnTe晶体阵列组成，这类探测器解决了单个探测器体积小，总探测效率低的缺点，大大缩短了测量时间，尤其适于便携式谱仪系统，可应用于环境、港口、铁路货物等的放射性监测。后者是由CdZnTe晶体面元阵列组成，主要应用于核医学、天体物理等领域的能谱成像。

CdZnTe探测器的发展和使用，使获取高性能光子的高效探测器成为可能，随着高品质CdZnTe半导体晶体制备技术的不断提高，对载流子收集过程进一步深入理解和低噪声微电子学的迅速发展，CdZnTe探测器必将在更广泛的领域获得到应用。

研究突破

实验成功

西北工业大学介万奇教授团队在碲锌镉晶体材料及制备技术上的重大突破，使之成为可能。除了医学成像，该成果可广泛应用于核科学技术、空间天文观测、安检等领域。

2014年11月11日，在西北工业大学凝固技术国家重点实验室，记者亲眼目睹了一部手机大小的以碲锌镉晶体材料为核心的γ辐射剂量仪，快速精准地捕捉到放射源信息。随着仪器的启动，屏幕上很快显示出“0.18μSv/h”的单位数字。介万奇介绍，这是宇宙本底射线的辐射量，也是在没有任何放射源时的背景剂量。碲锌镉晶体材料的灵敏度可以达到极限，连微弱到几乎没有的宇宙本底射线也能清晰捕捉到，其他放射源就更不在话下了。也正因为这一特性，其研发应用技术含量高、难度大，单是晶体纯度就要求达到“7个9”以上。当前，世界上只有极少数实力雄厚的大公司掌握了该材料的产业化技术。介万奇教授团队经过多年攻关，在我国首次解决了该材料从原料合成到生成技术以及工艺流程等多项难题，开发出了高性能的碲锌镉晶体及高效率、低成本单晶制备技术和关键设备。该晶体经英国卢瑟福国家实验室等国内外多家权威机构测定表明其性能优异，达到国际先进水平。与此同时，与目前国际最先进的传统工艺技术相比，依托该技术生成的晶体材料成品率提高了3至5倍，生产效率提高3倍以上，综合成本降低50%以上。

成果应用

该成果可广泛应用于航空、航天、核能、工业、农业等诸多领域。“土壤 CT”是介万奇团队的得意之作。这是一台婴儿推车大小的“集成实验室”，可实现对土壤质量的就地检测。只需要十几分钟，土壤中放射性物质、重金属污染、农药残余以及各种有机物污染等土壤质量情况便可悉数掌握。当前，该团队正与某公司合作开发新型安检设备。也许很快，我们就可以随身带着液态物品乘飞机。据介绍，这种安检设备，可以准确分辨出所携带物品是否属违禁品。

出口管制

根据《中华人民共和国出口管制法》《中华人民共和国对外贸易法》《中华人民共和国海关法》《中华人民共和国两用物项出口管制条例》有关规定，为维护国家安全和利益、履行防扩散等国际义务，经国务院批准，决定对下列物项实施出口管制：

2．碲化镉锌(参考海关商品编号：2842909025、3818009021)；未经许可严禁出口。

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