針對CdZnTe（CZT）晶體和NaI（Tl）晶體特性之比較，下列敘述何者正確？

本題觀念

CdZnTe（cadmium zinc telluride, CZT）與 NaI(Tl) 是核醫影像常見但原理不同的偵測材料。NaI(Tl) 是摻鉈碘化鈉閃爍晶體，γ 光子在晶體中沉積能量後先轉成可見光，再由光電倍增管或相關光感測元件轉成電訊號；CZT 則是直接轉換半導體，沉積能量主要直接形成電子—電洞對與電荷訊號。這個「閃爍轉換」與「直接轉換」的差異，是判斷選項 A 的關鍵。

比較 140 keV γ 光子時，還要看材料密度、線性衰減係數與晶體厚度。相同厚度的交互作用效率可用 $1-e^{-μt}$ 理解，其中 μ 是線性衰減係數、t 是材料厚度；μ 較大時，光子在晶體內被作用的機率較高。因此不能只用「是否會發光」判斷材料效率，也不能把密度與有效原子序的方向寫反。

選項分析

A. 錯誤。NaI(Tl) 在 140 keV 能量沉積後會產生閃爍光，資料可用約 41,000 photons/MeV 的光產額描述；CZT 是直接轉換材料，主要產生電荷而不是以閃爍光子數作為訊號。因此不能說 NaI(Tl) 產生的光子數比 CZT 低，兩者的訊號形成機制本來就不同。

B. 錯誤。NaI(Tl) 的有效原子序常以約 51 表示，CZT 的有效原子序與 NaI(Tl) 接近，並沒有可靠依據支持是 NaI(Tl) 的 1.5 倍。CZT 的優勢主要來自 Cd、Te 等元素造成的衰減特性與半導體直接轉換，不可把高密度或高 stopping power 直接等同於有效原子序達到 1.5 倍。

C. 錯誤。CZT 密度約 5.8 g/cm³，NaI(Tl) 約 3.67 g/cm³，所以 CZT 的密度較高而不是較低。密度較高通常有助於在相同幾何厚度內增加光子與材料發生作用的機會，但實際效率仍須結合能量、組成與線性衰減係數判斷。

D. 正確。140 keV 時，CZT 的線性衰減係數約 3.07 cm⁻¹，NaI(Tl) 約 2.64 cm⁻¹。代入相同厚度的 $1-e^{-μt}$，CZT 的交互作用機率較高，所以固有效率（intrinsic efficiency）較高。這裡的固有效率是光子進入偵測晶體後，因材料本身而被偵測作用的比例，不包含準直器幾何效率等其他因素。

答案解析

答案為 D。CZT 與 NaI(Tl) 的比較要分三層：第一，NaI(Tl) 以閃爍光傳遞訊號，CZT 以電荷直接轉換；第二，CZT 密度約 5.8 g/cm³，高於 NaI(Tl) 的約 3.67 g/cm³；第三，在 140 keV 及相同厚度下，CZT 的線性衰減係數較高，因而有較高固有效率。A、B、C 分別錯在混淆訊號型式、誇大有效原子序差異，以及把密度方向寫反。

核心知識點

1. NaI(Tl) 是閃爍晶體，γ 光子先轉成可見光，再轉成電訊號。
2. CZT 是直接轉換半導體，能量沉積直接形成電子—電洞對與電荷訊號。
3. 相同厚度下，固有效率與線性衰減係數 μ 有關，可用 $1-e^{-μt}$ 表示交互作用機率。
4. CZT 密度約 5.8 g/cm³，高於 NaI(Tl) 約 3.67 g/cm³。
5. 140 keV 時 CZT 的線性衰減係數較高，因此固有效率較高。

參考資料

1. Hybrid Imaging: Instrumentation and Data Processing
2. IAEA Human Health Series: Digital Gamma Camera Instrumentation
3. Progress in the Development of CdTe and CdZnTe Semiconductor Radiation Detectors for Astrophysical and Medical Applications（DOI:10.3390/s90503491）
4. An energy-optimized collimator design for a CZT-based SPECT camera
5. Cadmium Zinc Telluride