Тенденции развития мирового приборостроения на основе CdTe, CdZnTe

В настоящее время основными ведущими производителями мира налажено промышленное производство высококачественных CdTe, CdZnTe детекторов. Характеризуя качество детекторов, обобщенным показателем которого являются транспортные характеристики электронов и дырок μτ, о достигнутом уровне можно судить по следующим цифрам: величина μτ_e для электронов составляет (3÷30)∙10^³и (l÷3)∙10^³cm²∕B дляCdZnTe и CdTe соответственно.

выращивает CdZnTe с транспортными характеристиками μτ_eдля электронов в материале со значениями, не превышающими (0,5÷0,8)∙10^³cm²∕B.

Таблица 1.2. Основные производители CdTe, CdZnTe

О росте мирового производства CdTe, CdZnTe, используемых для изготовления детекторов ионизирующего излучения, можно судить по рисунку 1.1.

Достигнутый прогресс в выращивании CdTe и CdZnTe в настоящее время привели к созданию высококачественных детекторов, применяемых в различных целях. Условно области применения можно разбить на 5 основных групп:

- медицина;

- приборы элементно-структурного и приборы для контроля технологических процессов в промышленности и геологии;

- безопасность;

- космические исследования;

- гамма-спектрометрия.

Детекторы на основе CdTe и CdZnTe в силу своих достоинств (высокая эффективность и энергетическое разрешение) нашли очень широкое в медицинских радиографических установках, где в основном используются в виде пиксельных детекторов. В свою очередь спектр предназначения таких установок широк: от систем рентгеновской компьютерной томографии до небольших радиологических приборов для маммографии. В зависимости от предназначения были созданы пиксельные CdTe и CdZnTe детекторы с величиной питча от 100 мкм до единиц мм. Сигнал с детектора снимается и

обрабатывается с помощью специально разработанных интегральных схем (ASIC).

Рисунок 1.1. Объем рынка монокристаллов CdTe, CdZnTe

Указанные достоинства, а также высокое пространственное разрешение обеспечивает конкурентные преимущества CdZnTe пиксельных детекторов перед стандартными сцинтилляционными сборками, ксеноновыми камерами и детекторами из аморфного кремния или селена.

Другие применения детекторов в медицине связаны C их использованием в ядерной медицине. Были созданы различные гамма-камеры в системах позитронной эмиссионной компьютерной томографии (РЕТ,

SPECT) и миниатюрные медицинские зонды для получения локальной картины состояния лимфатических узлов.

Указанные возможности CdTe и CdZnTe пиксельных детекторов используются также в промышленных рентгеновских установках и компьютерных томографов при неразрушающей диагностике различных деталей и сложных сборок. Просвечивание хорошо поглощающих объектов предполагает использование высокоэнергетических рентгеновских фотонов вплоть до энергии 10 МэВ.

При анализе элементного состава вещества возможны задачи определения концентрации элементов с большим атомным весом. В этих случаях из-за невысокой эффективности определения К-линий характеристического излучения этих элементов обычными кремниевыми детекторами может быть предпочтительной использование блоков детектирования на основе CdTe и CdZnTe детекторов. Для решения подобных задач американской фирмой «Amptek» промышленно выпускается детектор XR-IOOT-CdTe.

Контроль и учет ядерных материалов неразрушающими бесконтактными методами является ключевым элементом глобальной безопасности. В большинстве случаев такая проверка, как известно, проводится с помощью трех групп детекторов гамма-излучения: детекторами NaI, HPGe и CdTe, CdZnTe детекторами. Последняя группа в последнее время приобрела большое распространение из-за появления CdZnTe детекторов большого объема 500 мм³ и 1500 мм³. Благодаря малым размерам CdTe и CdZnTe детекторы позволяют проводить измерения в ограниченных пространствах, вводя туда небольшие зонды или контролировать сборки с отработавшим топливом в воде. Существуют две основные задачи при контроле ядерного топлива: проверка обогащения урана изотопом ²³⁵U и степени его выгорания. Для решения этих задач были разработаны детекторы разных конструкций на основе CdTe и CdZnTe. Существуют и другие важные

области использования CdTe и CdZnTe детекторов, например, в портативных спектрометрах и идентификаторах изотопного состава элементов.

Анализ представленных выше данных позволяет установить следующие тенденции развития приборостроения на основе CdTe, CdZnTe:

• Увеличение объема производства кристаллов CdTe, CdZnTe на 10-15% в год.

• Снижение стоимости материала.

• Повышение требований к качеству детекторов - энергетическое разрешение на уровне 0,5-1% по линии радионуклида Цезий-137 662 кэВ с увеличением его объема до 10 см³. Это обусловлено тем, что, хотя детекторы CdZnTe большого объема: превосходят сцинтилляторы NaI по энергетическому разрешению (более 6% по линии 662 кэВ) в последнее время появилось несколько сцинтилляционных материалов, которые будут составлять конкуренцию CdZnTe большого объема: LaBr₃(Ce) и LaCl₃(Ce). На этих детекторах было достигнуто разрешение 2,9% по линии 662 кэВ. Конкуренцию также могут составить ксеноновые камеры с сеткой Фриша, работающие при большом давлении и показывающие разрешение 2,2% при компенсации.

Таким образом, возрастают требования к однородности детектирующего материала и его структурному совершенству - отсутствию блочности, преципитатов Те и т.д.

1.3.