探索新型半導(dǎo)體探測(cè)器的作用

研究團(tuán)隊(duì)使用鈣鈦礦晶體形式的溴化銫銫，發(fā)現(xiàn)他們能夠在小型便攜式設(shè)備中為現(xiàn)場(chǎng)研究人員和超大型探測(cè)器創(chuàng)建高效探測(cè)器。結(jié)果是十多年來(lái)的事。領(lǐng)導(dǎo)該研究的西北教授Mercouri Kanatzidis表示，除了比典型設(shè)備便宜之外，這種檢測(cè)伽馬射線(xiàn)的新方法還具有很強(qiáng)的區(qū)分不同能量射線(xiàn)的能力。這種方法允許用戶(hù)識(shí)別合法伽瑪射線(xiàn)與非法伽瑪射線(xiàn)。這類(lèi)檢測(cè)器對(duì)于國(guó)家-安全至關(guān)重要，在這種檢測(cè)器中，它們被用來(lái)檢測(cè)跨境走-私的非法核材料，并協(xié)助進(jìn)行核法證以及醫(yī)學(xué)診斷成像。

密歇根大學(xué)中和教授的團(tuán)隊(duì)參加了探測(cè)器的表征和分析。Argonne科學(xué)家Duck Young Chung是這項(xiàng)工作的主要合作者。

Kanatzidis及其同事成立了一家新公司Actinia，以將用于銫和X射線(xiàn)檢測(cè)和識(shí)別的溴化銫鉛檢測(cè)器商業(yè)化。這些新型探測(cè)器將對(duì)醫(yī)學(xué)診斷，國(guó)土安全和核安全產(chǎn)生廣泛的影響。

卡納齊迪斯說(shuō)：“使用鈣鈦礦材料，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了使用像素化探測(cè)器設(shè)計(jì)的伽馬射線(xiàn)能量探測(cè)的高分辨率。” “這使我們朝著創(chuàng)建用于醫(yī)療診斷和成像，機(jī)場(chǎng)安全等的電子系統(tǒng)邁出了一步。”

這項(xiàng)研究將于12月7日發(fā)表在《自然光子學(xué)》雜志上。

卡納齊迪斯(Kanatzidis)是溫伯格文理學(xué)院的Charles E.和Emma H. Morrison化學(xué)教授。他與Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室有共同任命。

在過(guò)去的研究中，研究小組將這種新型溴化銫鉛探測(cè)器的性能與傳統(tǒng)的碲化鎘鋅(CZT)探測(cè)器進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)它在探測(cè)伽瑪射線(xiàn)方面也表現(xiàn)出色。

但是，新的研究改善了晶體尺寸并利用像素而不是平面電極，從而將光譜分辨率從3.8%提高到了1.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，甚至可以檢測(cè)非常弱的能量。

放射性同位素發(fā)射的伽馬射線(xiàn)能量略有不同，通常僅相差幾個(gè)百分點(diǎn)。使用新材料，用戶(hù)可以通過(guò)將差異精-確到幾個(gè)百分點(diǎn)來(lái)更好地識(shí)別伽瑪射線(xiàn)的來(lái)源。

此外，即使使用稍微不純的材料通常也會(huì)使檢測(cè)器的效率降低或無(wú)法正常工作，并且設(shè)備的生物試劑商必須尋求超純CZT才能產(chǎn)生有效的讀數(shù)。令研究人員驚訝的是，他們自己的材料所含雜質(zhì)可能比CZT多5至10倍，并且仍能發(fā)揮作用，從而使其生物試劑起來(lái)更容易且更便宜。分辨率對(duì)于像SPECT掃描這樣的醫(yī)學(xué)成像也至關(guān)重要。

Kanatzidis說(shuō)，在這個(gè)領(lǐng)域有很多興趣，特別是考慮到設(shè)備故障的成本和安全隱患。他說(shuō)，但是這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)展緩慢，主要是因?yàn)檠芯啃〗M要么專(zhuān)注于材料合成，要么專(zhuān)注于X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)探測(cè)器，而他的團(tuán)隊(duì)則做到了。Kanatzidis的實(shí)驗(yàn)室在著陸溴化銫前研究了60多種有前途的化合物。

盡管有了新材料的推動(dòng)，卡納茲迪斯說(shuō)他與西北和阿貢的合作者的工作并沒(méi)有結(jié)束。

卡納齊迪斯說(shuō)：“我們的貨架上充滿(mǎn)了我們尚待深入研究的新可能性。” “我的研究小組是工程學(xué)方面和晶體生長(zhǎng)方面的罕見(jiàn)組合。”

何益輝(Yihui He)是Kanatzidis實(shí)驗(yàn)室的研究助理教授，也是該論文的第-一作者。

他說(shuō)：“我們向密歇根大學(xué)的合作者報(bào)告的新設(shè)備制造協(xié)議可能會(huì)導(dǎo)致在不久的將來(lái)大規(guī)模生物試劑溴化銫銫檢測(cè)器。”