碲化镉和碲锌镉，哪个更厉害？
一、导语近期国内影像巨头东软、联影相继上市光子CT，此外先导智能、迪泰克、奕瑞科技等零部件厂商的光子探测产品与技术亦成为热点。其中光子探测器的晶体——碲化镉与碲锌镉更是焦点中的焦点，今天主要从二者的性能参数的角度做一简单分析。一、光子CT探测器原理与效果光子CT探测器属于半导体探测器，通常都属于光电效应，即光子照射半导体会使半导体中的电子电离，形成电子空穴对，即非平衡载流子。在外加偏压的影响下，载流子会向探测器电极漂移，形成电信号，对该信号进行放大，就能实现对光子的探测。
不同于传统的闪烁体探测器，半导体探测器是将X光直接转化为电信号，省去了闪烁体与光电二极管这两个环节，属于直接转化；而闪烁体探测器是通过闪烁体将X光转化为可见光，再通过光电倍增管将可见光信号转化为电信号，再通过模数转换器（ASIC芯片）转换成图像数据，属于间接转化。因此，通常来说，半导体探测器相比于闪烁体探测器，探测效率更高，灵敏度也更高。（图片来源于网络）空间分辨率的大幅提升光子计数型探测器，可以通过光刻技术将像素做的很小，空间分辨率（表示图像能够区分的最小尺寸单元）方面，国内公司迪泰克探测器的最小空间分辨率可至70μm，相对传统CT亚毫米级别的分比率有很大的提升（1mm=1000μm）。
能量分辨能力大幅提升光子计数探测器可设置电子学阈值，滤除能量较低的脉冲，从而可以完全消除低能噪声对成像结果的影响。通过设置更多的电子学阈值，识别入射光子的能量信息并将其对应到不同的能区分别进行累计，引入了能谱的信息，将X射线成像由“黑白”升级为“彩色”，实现物质识别的功能性成像。
二、碲化镉与碲锌镉主要性能参数对比从材料学角度看，CdTe晶体是由Cd原子组成的面心立方再嵌套一个Te原子而成。而碲锌镉晶体是由CdTe晶体演变而来，将其中一部分Cd原子替换为Zn原子，就形成了碲锌镉晶体，也即碲锌镉晶体是CdTe和ZnTe形成的固溶体晶体。两种材料的主要性能对比如上图：禁带宽度（eV）：半导体 “价带顶” 到 “导带底” 的能量差，决定了材料能探测的最小光子能量（需大于禁带宽度才能激发载流子），也影响热噪声水平，CdTe 禁带更窄，对低能光子更敏感，但热噪声可能更高。
平均电离能（eV）：产生 1 个 “电子 - 空穴对” 所需的平均能量，电离能越小，相同能量的射线产生的载流子越多，探测效率和能量分辨率越优，CdTe 电离能更小，载流子产生效率略高。电子迁移率（cm².V⁻¹.s⁻¹）：电子在电场中的迁移速度，迁移率越高，载流子输运越快，探测器响应速度和电荷收集效率越好，CdZnTe 电子输运更快，响应更敏捷。电子寿命（μs）：电子在材料中 “复合消失” 前的平均存在时间，寿命越长，载流子越容易被有效收集，探测效率越高，CdZnTe 电子寿命更长，载流子收集更充分。空穴迁移率（cm².V⁻¹.s⁻¹）&空穴寿命（μs）：空穴（正电荷载流子）的迁移速度与空穴的平均存在时间，影响载流子输运与收集效率；相比而言CdTe空穴输运更快，空穴寿命更长，空穴收集更充分。
对比可以看出：CdZnTe——电子迁移率、电子寿命更优，绝缘性稳定，更适合对响应速度、能量分辨率要求高的场景；而CdTe——空穴迁移率、空穴寿命更好，禁带宽度窄（对低能射线敏感），适合大面积探测、相对低能射线应用场景。三、产能与供应链——不得不考虑的问题此外，如果大规模应用，晶体的质量与数量是一个不得不考虑的限制因素，大多数应用所需的高电阻率(ρ>109Ω·cm) CdTe和 (ρ>1010Ω·cm) CdZnTe晶体的生长相当复杂，所以对各大光子CT得厂商而言，如何保证晶体产能及光子探测器供应链的稳定性是一个必须要考虑的问题。
西门子医疗西门子光子计数CT于2021年9月获批FDA，但早在十年前，即2011年，西门子就已经收购了专门生产碲化镉(CdTe)单晶体的Acrorad公司。Acrorad公司成立于1984年2月，1988年开发出移动加热器法(Travelling Heater Method,THM)生长CdTe单晶体；并于1998年、2002年和2013年完成了直径2英寸单晶生长技术开发、直径3英寸单晶大规模生产和55μm间距像素电极成型工艺。（Acrorad公司碲化镉探测器）2011年，Acrorad被西门子收购，西门子医疗的首台光子计数CT NAEOTOM Alpha，使用的就是Acrorad公司生产的CdTe探测器元件。
佳能医疗佳能的光子计数CT已于25年6月获得FDA批准，其技术路线与西门子不同，使用的是碲锌镉(CZT)，但它同样采取了收购上游制造商的方式进行产业链配套。2021年9月，佳能宣布与加拿大的Redlen Technologies公司(以下简称“Redlen”)达成收购协议，而在此之前佳能已经拥有Redlen 15%的股份。当年9月28日，佳能以3.35亿美元的价格完成了对Redlen其余85%股份的收购，Redlen成为佳能全资子公司。Redlen凭借专有的移动加热器法(THM)技术，Redlen成功开创了制造CZT半导体晶圆的生产工艺。主要开发基于专用碲锌镉(CZT)成像探测器的多能量X射线成像模块，产品用于医学成像、安检和无损探测三大领域。
国内信息当前国内企业主要以碲锌镉(CZT)的研究开发为主，包含迪泰克、先导科技、承禹新材等相关公司。
（1）陕西迪泰克——成立于2012年，由西北工业大学介万奇教授团队发起，可提供探测器级CZT单晶、CZT辐射探测与成像器件及配套专用电子学读出系统和解决方案，同时也可提供CdTe单晶。网络消息显示23年4月初启动的、由联影医疗牵头的“十四五”国家重点研发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项——“光子计数能谱CT研发项目”，迪泰克是合作单位之一。
（2）先导科技集团——先导科技自主研发的NVB晶体生长技术，通过熔体振动稳流、多温区动态补偿等创新，实现了CZT单晶的稳定量产，为探测器制造打下“坚实骨架”。
（3）安徽承禹半导体——核心产品包括碲锌镉单晶棒、晶片、芯片及各类探测器模块化部件，2021年12月，承禹新材生产出首批碲锌镉单晶棒。
四、结语碲化镉与碲锌镉作为新型的光子探测器晶体材料，在性能参数、晶体生成工艺、晶体成本、临床应用范围、供应链稳定性等各有适配场景；国际巨头早通过收购上游稳供应链，国内企业主攻碲锌镉研发。
不好意思笑出声德国西门子也等于小半在中国哈哈😄