探索新型半導(dǎo)體探測器的作用

研究團隊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)場研究人員和超大型探測器創(chuàng)建高效探測器。結(jié)果是十多年來的事。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，這種檢測伽馬射線的新方法還具有很強的區(qū)分不同能量射線的能力。這種方法允許用戶識別合法伽瑪射線與非法伽瑪射線。這類檢測器對于國家-安全至關(guān)重要，在這種檢測器中，它們被用來檢測跨境走-私的非法核材料，并協(xié)助進行核法證以及醫(yī)學(xué)診斷成像。

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

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

卡納齊迪斯說：“使用鈣鈦礦材料，我們已經(jīng)實現(xiàn)了使用像素化探測器設(shè)計的伽馬射線能量探測的高分辨率。” “這使我們朝著創(chuàng)建用于醫(yī)療診斷和成像，機場安全等的電子系統(tǒng)邁出了一步。”

這項研究將于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國家實驗室有共同任命。

在過去的研究中，研究小組將這種新型溴化銫鉛探測器的性能與傳統(tǒng)的碲化鎘鋅(CZT)探測器進行了比較，發(fā)現(xiàn)它在探測伽瑪射線方面也表現(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)超過了傳統(tǒng)設(shè)計，甚至可以檢測非常弱的能量。

放射性同位素發(fā)射的伽馬射線能量略有不同，通常僅相差幾個百分點。使用新材料，用戶可以通過將差異精-確到幾個百分點來更好地識別伽瑪射線的來源。

此外，即使使用稍微不純的材料通常也會使檢測器的效率降低或無法正常工作，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更容易且更便宜。分辨率對于像SPECT掃描這樣的醫(yī)學(xué)成像也至關(guān)重要。

Kanatzidis說，在這個領(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，但是這個領(lǐng)域的進展緩慢，主要是因為研究小組要么專注于材料合成，要么專注于X射線和伽馬射線探測器，而他的團隊則做到了。Kanatzidis的實驗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，卡納茲迪斯說他與西北和阿貢的合作者的工作并沒有結(jié)束。

卡納齊迪斯說：“我們的貨架上充滿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)方面和晶體生長方面的罕見組合。”

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

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