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    帶你了解潛力新材料——碲鋅鎘

    發布時間:2022-7-7 11:32:00      點擊次數:446

    磐小石最近看到一篇文章,其中列舉了100大潛力新材料,不出所料,碲鋅鎘光榮登榜,上榜理由是用于安檢和醫療檢查,大大減少輻射對身體的危害。為什么碲鋅鎘可以做到呢?磐小石整理了一部分資料,下面就和大家走進這一神奇材料的世界。


    日常生活中我們經常遇到射線,如醫療成像,安檢,就連仰望天空,也會有天體輻射。醫療設備、工業CT、安檢設備、核儀器、天文儀器、科學儀器等等這些方面都避免不了。



    面對輻射,我們會有一種恐懼感,想著輻射越少越好,不然會影響身體康健。想要射線少,那檢測設備就得很靈敏。這考驗的是輻射探測器的能力,能力強,則可以降低輻射源而不降低檢測目標。對不同的射線,探測器的常用材料也不同。


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    有一種神奇材料名叫碲鋅鎘,英文名稱cadmium zinc telluride,CdZnTe,簡寫為CZT。自然界中并不現存有該物質,它是人工用碲、鋅及鎘三種單質(包含其它微量添加物質)化合生長而成單晶體,是屬于第三代前沿戰略性的半導體材料,是當前國際國內制造室溫中紅外探測、X射線探測、γ射線探測、核輻射及高能射線等探測器最為先進、優異的材料。




    碲鋅鎘具有兩大特點:


    1.室溫可工作;

    2.轉換效率最高,即可以最大限度的降低射線的輻射量


    這讓人類對碲鋅鎘充滿了期待,期待選它做輻射探測器的好材料。

    不過該材料不太容易做成特純凈的晶體,內部有雜質也就是晶體缺陷,導致探測器性能變差。比如加碲、鋅、鎘材料不同配比,計算稍有偏差,就可能出現本征點缺陷、沉淀相等。或者晶體生長過程中固液界面失穩,就產生夾雜相。



    測試缺陷


    測試缺陷一般會用LBIC法,也就是激光誘導瞬態光電流,通過在不同的輸入脈沖輸入電壓下,分析響應電流時間和幅度曲線,可推導載流子的輸運過程。



    ▲載流子輸運過程,藍色是電子,黃色是空穴


    下圖測試了兩組曲線,藍色與紅色明顯有不同


    實看兩個碲鋅鎘晶體,缺陷也是明顯不同。藍色CZT1,就是點缺陷,而紅色CZT2,則是一個明顯的擴展缺陷。

    ▲擴展缺陷示意圖



    擴展缺陷是因為化學成分或者結構不同,引入了不同的電子態。擴展缺陷與獨立點缺陷有著本質的不同,點缺陷的俘獲、去俘獲行為是獨立的,不受其他點缺陷影響。而擴展缺陷,他們的電子態挨在一起的,如果一個電子態有俘獲去俘獲行為,就牽扯到周圍電子態的動作。


    擴展缺陷到底是什么原因,造成什么影響,業界也沒個統一的說法。一般有兩種預測,一種是或許因為擴展缺陷周圍存在一個肖特基勢壘和空間電荷區,影響了載流子的遷移率和電場分布;一種又或者是受到受輻照時,擴展缺陷成了少子的勢阱,使少子在擴展缺陷區復合。這些也許,就是未來科學家們繼續揭秘和探索的過程。


    碲鋅鎘半導體材料的應用


    在軍事用途上,主要是大幅提升武備的紅外探測性能及其成像清晰度,而當前國際上武備九成以上均是以紅外探測方式搜尋和發現目標的。


    在民用領域,未來主要應用于核醫療、放射源檢測、無破損檢測、核輻射探測、探溫探源檢測及夜視等領域、行業的設備、儀器的制造。其核心作用與意義在于更新迭代前述行業的設備、儀器的工藝、功能及性能,提升產業結構,助力國內這些行業同代等差參與國際競爭。


    更主要的是,碲鋅鎘半導體材料及器件可以提高核醫療、核輻射劑量、安檢等設備儀器(如CT機、X光機、安檢儀器等)功能與性能,降低放射源劑量,廣泛惠及民眾的醫療水平及健康。


    正因該材料在軍事及民用領域具有諸多革新、顛覆性的功能與性能,國際上少數幾個能生產制造的先進國家都將其列為戰略性、管制性的產品,對我國進行技術與產品的雙封鎖。


    磐石創新不斷創新科技技術研發,不斷突破國際技術壁壘,有力打破掣肘,實現國內供給,助推國內諸多相關行業設備、產品的更新升級,其意義重大、前景廣闊,是國人創新與研發能力的一個有力例證。


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