金刚石辐射探测器：极端环境下的能力王者!

辐射探测是一种重要的科技手段，它的应用范围极为广泛，上到外太空探索，下到生活的方方面面，对于人类的健康和生存、科研研究和社会开展都具有重要的意义。

为了确保辐射探测技术的安全应用，对传统半导体探测器的性能提出了新的要求，新一代探测器的研发迫在眉睫。相比传统气体、闪烁体、高纯锗，以及硅基等，金刚石拥有卓越的抗辐照性能以及超快的时间响应，被认为是用于脉冲辐射场/强辐射场最理想的半导体探测器材料，十分适合极端环境下的强辐射场测量。 那么金刚石有什么辐射探测优势呢？

金刚石晶体的结构中相邻的碳原子顺利获得四面体成键方式相连。每个碳原子的SP³杂化轨道与其他四个碳原子形成共价键，共享电子对。这种共价键的键长约为1.55×10^-10m，键角为109°28’，形成了正四面体的结构。由于晶体结构中C-C键很强，每个碳原子的所有价电子都参与了共享，无自由电子，这也造就了金刚石材料在电学、光学、力学等方面出色的性能。        

金刚石的晶胞结构

C的原子序数Z=6，较低的原子序数使它们在高能级联和多重散射过程中受到的散射和损伤较少。此外，C元素的物理特性与人体肌肉和组织相似，因此它们可以用来模拟人体在辐射环境下的反应和损伤。这种模拟对于放射性医疗研究和治疗的开展非常重要，因为它可以给予更准确的数据和评估，帮助科研家和医生分析辐射对人体的影响，并改善治疗方案的设计和效果。               

金刚石具有较宽的禁带宽度(Eg)为5.47eV，这意味着它具有较强的抗辐照特性及低的本征载流子浓度，以金刚石制成的探测器具有极低的暗电流，在低辐射下性能优异。在晶体中，电子和空穴的迁移率(μ)分别为4500cm²/V·s和3800cm²/V·s，相对介电常数(εr)为5.7，同尺寸下寄生电容仅为硅的0.5倍。因此金刚石探测器可以实现ps级的响应时间，输出信号也可以取得更低的噪声水平。           

金刚石与其他半导体材料参数对比 

顺利获得上表可以看出，金刚石较其他材料而言具有明显的优势。以金刚石材料制成的探测器能够检测从α、γ、X射线到紫外光等不同类型放射源，在快速时序应用和环境辐射监测方面具有良好的应用前景。