《高能射线探测器用碲锌镉晶体材料及制备技术》

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该项目通过十余年的探索,发明了成分补偿与掺杂、对流控制和可控气氛退火等10项专利技术,开发出探测器级CZT晶体及高效率、低成本单晶制备技术和关键设备。主要技术发明点包括:(1)设计出探测器级CZT晶体的主成分和掺杂元素及含量,发明了阳离子空位缺陷的补偿技术,实现了探测器级CZT晶体的电学参数控制。获得的CZT晶体电阻率大于2×10<'10>Ωcm,电子适移率与寿命积大于1×10<'-3>cm<'2>V<'-1>。(2)设计出多晶合成与单晶生长共用的石英坩埚;解决了多晶合成过程的高蒸汽压和合成放热反应导致的“爆管”问题;发明了同时引入籽晶生长和坩埚加速旋转(ACRT)技术的改进布里奇曼法晶体生长方法;研发出高可靠性的CZT晶体生长设备和技术。并已批量生产出大尺寸探测器级CZT单晶,单晶成品率达到60%以上。(3)提出了CZT晶体中点缺陷形成的准化学反应计算模型和计算方法,依据计算结果发明了两段可控气氛退火和液相退火改性技术,解决了阳离子空位和Te沉淀的控制难题。(4)发明了CZT晶片加工和无损检测方法,包括晶体快速定向切割,CZT晶体专用抛光液和化学机械抛光,表面化学腐蚀与钝化处理等技术,解决了晶片表面损伤层、表面成分偏析、表面漏电流等表面特性控制难题。建立了根据红外透过光谱、红外显微成像以及光致发光谱进行CZT晶体质量无损评价和筛选的方法。所生长的探测器级CZT晶体经英国卢瑟福国家实验室等多家权威机构检测表明,晶体性能优异。所制备的探测器对<'241>Am@59.5.keV的X射线能量分辨率优于5%,<'137>Cs@662keV的伽马射线能量分辨率优于2%,达到国际领先水平。且单晶成品率比高压布里奇曼法提高3-5倍,生产效率比THM法提高3倍以上,综合成本降低50%以上。该成果已实现工业化生产,批生产的探测器级CZT单晶已被西北核技术研究所、中科院高能物理研究所、同方威视技术股份有限公司等19家国内外单位应用,应用涉及核科学技术、空间天文观测、安检和医学成像等领域。该顶目共获授权国家发明专利10项,发表论文130余篇,其中国际刊物论文80余篇,2012年获陕西省科学技术一等奖。

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