碲锌镉(CdZnTe,简写为CZT)晶体是宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,由CdTe和ZnTe固溶而成。碲锌镉探测器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射线光子转变为电子,是制造室温X射线及γ射线探测器较为理想的半导体材料。碲锌镉探测器的分辨率高于碘化钠探测器,诸多优点使其得到广泛的应用,在辐射环境监测、核医学、核反恐及核应急、安检、高能物理、航天等领域均有应用。科学研究方面,在高能物理和天文物理研究方面具有广阔的应用前景,如可用于高能粒子的加速系统。
碲锌镉材料的研究最早开始于1991年。2000年,一项生长工艺的新进展使得较大体积碲锌镉晶体的生产成为可能,但是由于晶体内存在杂质,分辨率不好。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,使用国家同步加速器光源测试发现,以往未被注意到的碲锌镉晶体内的“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,从而制作出更大体积的碲锌镉核辐射探测器。虽然碲锌镉探测器的分辨率尚不能与高纯锗探测器相比,但已大大高于碘化钠探测器。中国西北工业大学的介万奇教授团队在碲锌镉晶体材料及制备技术上取得重大突破,在制备大体积和高能量分辨性能辐射探测器方面取得进展,极大地推动了碲锌镉探测器的应用。
碲锌镉探测器可以组成多个并行探测器阵列和面元阵列探测器系统,前者由多个碲锌镉晶体阵列组成,这类探测器解决了单个探测器体积小、总探测效率低的问题,缩短了测量时间,尤其适于便携式谱仪系统;后者是由碲锌镉晶体面元阵列组成,主要应用于核医学、航天等领域的能谱成像。
碲锌镉探测器的主要技术指标包括测量能量范围、探测器体积、能量分辨率、灵敏度等。