国产室温辐射探测材料后处理技术获新突破 ——长安大学"晶探卫士"团队Se退火改性实现CdMgTe单晶性能量级跃升

在核安全监控、医疗影像诊断等战略领域对高性能室温辐射探测材料的迫切需求下，长安大学材料科学与工程学院"晶探卫士"暑期社会实践队取得重要进展。该团队依托西北工业大学辐射探测材料与器件工信部重点实验室，成功将Se气氛退火改性策略应用于CdMgTe单晶体系，在773K、120h的最优工艺条件下，使晶体电子迁移率较原生晶体提升8.5倍，制备的平面探测器对5.48MeV α粒子的能量分辨率达到17.2%，填补了Se退火改性在CdMgTe体系中的系统研究空白。
室温辐射探测器是核技术应用的"眼睛"。与传统需要液氮制冷的锗探测器相比，CdTe基化合物半导体可在室温下工作，体积小、便携性强。其中，CdMgTe单晶通过Mg取代Cd位，可在保持高原子序数的同时适度拓宽禁带，理论上更适合制备高能量分辨率的室温探测器。然而，熔体法生长的CdMgTe单晶普遍存在本征缺陷密度高、载流子输运性能差等瓶颈，严重制约其工程化应用。
"气相扩散退火是晶体生长的'后半篇文章'。"团队指导教师、长安大学俞鹏飞副教授介绍，"我们创新性地引入Se气氛退火，利用Se与Te同主族的化学相似性，通过'气相扩散-位点取代-缺陷重构'三级机制，同步实现禁带拓宽与深能级缺陷钝化。"
实践期间，团队在西北工业大学实验室完成了从晶体表面处理、真空封管退火到多尺度性能表征的全链条实验。系统研究表明，Se以替位形式占据Te位点（Se_Te），退火120h时晶体红外透过率达63.6%，已接近65%的理论极限；电阻率保持5.42×10⁸Ω·cm的高阻态；电子迁移率从原生晶体的40.56 cm²/(V·s)跃升至344.47 cm²/(V·s)；载流子迁移率寿命积（μτ）达1.32×10^-4 cm²/V，达到国际报道的探测器级CdZnTe晶体典型水平。
"这一工艺温度仅773K，可直接对接现有垂直布里奇曼晶体生长产线，无需大额设备投入。"西北工业大学徐亚东老师评价，"与在晶体生长阶段直接掺Se的四元晶体生长方案相比，后处理退火工艺原料消耗少、组分控制难度低，具有更强的产业化推广价值。"
据悉，该实践成果将支撑团队参加"挑战杯"大学生课外学术科技作品竞赛，相关数据已形成两篇实践论文。团队负责人申浩正表示："从'无峰'到'可分辨'，我们真切感受到了基础研究向应用转化的责任。未来将继续深耕半导体辐射探测材料领域，为我国高性能室温辐射探测材料的国产化贡献青春力量。"