CN101710594B

CN101710594B - 用于辐射吸收和检测的半导体材料

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Publication number: CN101710594B
Application number: CN200910175518.8A
Authority: CN
Inventors: B·A·克罗西尔; A·艾万; D·B·麦德维特
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: US20100065791A1; DE102009044025A1; CN101710594A; US8178008B2

Abstract

用于辐射吸收和检测的半导体材料，其包括化学计量Li(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)的并且显示出反萤石型排序的组成，其中Li＝1，(M₁ ²⁺+M₂ ²⁺+M₃ ²⁺+...)＝1，和(G₁ ^V+G₂ ^V+G₃ ^V+...)＝1。该材料提供了两个有用的特性：[1]高Li-位点密度，其当富集于⁶Li时，产生了异常的中子-吸收能力，和[2]用于有效地将所吸收的光子和中子能量转化为电流的半导能带隙。这些特性可在发电或γ和中子辐射的光谱检测的应用中被利用。该材料可以被定制以便仅仅检测γ光子，仅仅检测中子粒子，或同时检测γ光子和中子粒子。

Description

用于辐射吸收和检测的半导体材料

技术领域

概括地说，本发明涉及新的用于辐射吸收和检测的半导体材料，并且特别地，涉及基于LiM²⁺G^V的组成(composition)的半导体材料，所述LiM²⁺G^V的组成显示出反萤石型的排序(ordering)，其中M²⁺是一种或多种二价金属并且G^V是来自第V族元素的一个或多个成员。

背景技术

γ光子检测方法

传统的γ检测方法包括高密度材料，其包含具有大原子序数的元素。这些材料可以被分为两大类：[1]闪烁剂和[2]直接转化半导体。对于两大类，进来的γ光子与材料相互作用，以高能初级电子(energetic primary electron)的形式储存能量，高能初级电子又使电子空穴对电离(ionize)。

在闪烁剂中，这些对的大部分将直接地或者在发光位点(即，活化剂掺杂剂或者内在缺陷)重新结合以产生光子。这样的光子发射一般地在可见光谱中。光子被光传感器(例如，光电倍增管、光电二极管等)收集并且通过合适的电子设备(electronics)处理而重新构造γ能谱。

在直接转化半导体中，通过所施加的电场在电极处收集大部分的电子空穴对(即，电子迁移到阳极和空穴迁移到阴极)。通过合适的电子设备处理所得的电流脉冲而重新构造γ能谱。

目前商品化的闪烁剂包括NaI:Tl、CsI:Tl、CsI:Na、Bi₄Ge₃O₁₂、(Lu，Y)SiO₅:Ce和LaBr₃:Ce。直接转化半导体包括Si、高纯度Ge、HgI₂、PbI₂和来自Cd_1-xZn_xTe系列的成员。

中子粒子检测方法

传统的中子检测方法通常遵循以下四种可用路径之一：[1]³He或¹⁰BF₃的气体容器(gaseous containment)(例如比例计数器(proportional counters)，电离/闪烁室)，[2]在硅二极管上或其内部包含¹⁰B或⁶Li原子的薄层或掺杂区域，[3]在闪烁剂中⁶Li的固态结合(例如基于⁶LiI:Eu或⁶Li的、掺杂Ce的硅酸盐玻璃)，和[4]在有机物质(例如蒽、茋(stilbene)、液体/塑料闪烁剂)中的氢气反冲(hydrogen recoil)。

除[4]之外，全部方法依赖稳定同位素的高中子截面(例如³He，⁶Li，¹⁰B)以便吸收入射中子辐射。这种吸收过程诱发核反应，其产生带电荷的重粒子作为副产物：³He(n，p)反应： ³He+n→³T+¹p Q＝0.764MeV⁶Li(n，α)反应：⁶Li+n→³T+⁴α Q＝4.78MeV¹⁰B(n，α)反应：¹⁰B+n→⁷Li+⁴α Q＝2.792MeV(基态，6％)¹⁰B+n→⁷Li*+⁴α Q＝2.310MeV(激发态，94％)当⁷Li*衰变为⁷Li时，然而，¹⁰B(n，α)反应还产生了0.478MeVγ光子。

可以利用来自这些中子俘获反应的重粒子副产物以便在气体中产生电子-离子对(即，[1])或者在固态材料中产生电子空穴对(即[2]或[3])。方法[1]和[2]将这样的对直接地转化为可测量的电流，这使用合适的电子处理设备以便记录中子事件。另外，方法[3]需要光传感器以便首先将来自闪烁剂的光子发射转化为电子脉冲(electronicpulse)。

方法[4]与[1]、[2]和[3]不同，其中其依赖于中子弹性散射的动力学。在这种方法中，入射中子粒子与分子结合的氢碰撞而释放反冲质子(recoil protons)。这些反冲质子以类似于以上中子俘获反应的重带电荷的副产物的方式起作用：它们的能量被转移到其宿主(一般地气体/液体或聚合物固体)的电子。在有机闪烁体(最常见的实施方案)中，产生电子空穴对，其随后重新结合而产生光子。光子被光传感器(例如，光电倍增管、光电二极管等)收集并且通过合适的电子设备(electronics)处理而记录中子事件。

第一类的中子检测器(即，[1])代表了主要的并且最成熟的商业销售的技术。第二类的中子检测器(即，[2])基于连接到硅二极管的含⁶Li的或含¹⁰B的材料的转化器层。这种设计由简单的平面层发展成不同的2-D或3-D变体(例如，“多孔”硅，PIN二极管柱元件等)以便改善中子灵敏度。然而，这样的趋势是以增加制造复杂性为代价的，而增加制造复杂性又提高了生产成本；可是良好的生产产量不得不被证实。

第三类的中子检测器(即，[3])是以小的单晶形式市售可得的(即，⁶LiI:Eu尺寸至多1英寸)，和处于较大的/定制(custom)体积中，作为无定形整料(即，基于⁶Li的、掺杂Ce的硅酸盐玻璃)。不幸地，晶体具有非线性的能量响应，而玻璃显示出(另外)差的光输出。结果，仅仅为了成像或计数而非光谱而使用两种材料。

最后一类的中子检测器(即，[4])是市售可得的，以大的/定制尺寸(bulk/custom sizes)(即固体塑料)或者在密封容器中(即，液体有机物)。这些检测器需要大量的含氢的(hydrogenous)液体或固体塑料，并且因而，它们的实施方案变为对γ射线敏感的。这后一特征使另外的、昂贵的脉冲-形态电子设备成为必需以便区别中子和γ事件。另一缺点是仅仅能够测量材料中的第一次中子相互作用。液体闪烁剂此外是有毒的。

对抗无拘束的核武器威胁的需要要求这样的检测器系统，其可以传感位于个体上的、车辆所运输的和货物容器中放置的等等隐藏的和/或遮蔽的放射性材料。此外，这种检测方法必须能够区分特定的核材料(例如，武器级的U和Pu，气态UF₆，用于富集等)和医学与工业放射性同位素的存在，以及自然存在的放射性材料(NORM)。因此，需要提供一种材料，其吸收γ和/或中子辐射，并且然后将由这种辐射储存的能量转化为电脉冲(electrical pulse)。这些信号然后能够被处理以便产生每一辐射类型的能谱，由此能够检测和识别放射性同位素。

发明内容

在本发明的一个方面中，用于辐射吸收和检测的半导体材料包括化学计量LiM²⁺G^V的并且显示出反萤石型排序的三元组成(composition)，其中化学计量部分是Li＝1，M²⁺＝1，和G^V＝1，其中电子空穴对通过辐射吸收产生，并且电子空穴对通过产生电流脉冲来检测。

在本发明的另一个方面中，用于辐射吸收和检测的半导体材料包括化学计量Li(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)的并且显示出反萤石型排序的混合组成，其中化学计量部分是Li＝1，(M₁ ²⁺+M₂ ²⁺+M₃ ²⁺+...)＝1，和(G₁ ^V+G₂ ^V+G₃ ^V+...)＝1，其中电子空穴对通过辐射吸收产生，并且电子空穴对通过产生电流脉冲来检测。

附图说明

图1——LiM²⁺G^V材料中的反萤石型排序，其中左半部分表示理想反萤石结构；右半部分表示LiM²⁺G^V(反萤石型)。

图2——III-V闪锌矿(zinc-blende)半导体和本发明的LiM²⁺G^V反萤石型材料之间的晶体化学关系，其中左半部分表示M^IIIG^V闪锌矿排序；右半部分表示LiM²⁺G^V反萤石型排序(备选晶胞)。

具体实施方式

概括地说，本发明的实施方案包括一系列化学计量LiM²⁺G^V的组成，其原子组分显示出反萤石型排序。在实施方案中，M²⁺和G^V分别是指任何二价金属或第V族氮族元素(pnictogens)，它们共同使反萤石型排序稳定。此外，M²⁺和G^V可以包括单个元素(例如，端成分(end-members))或元素的组合(例如置换合金(substitutionalalloying))。例如，LiMgP和LiZnAs是端成分，而Li(Mg，Zn)(As，P)是合金。因此，通式是：Li(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)，其中化学计量部分是Li＝1，M₁ ²⁺+M₂ ²⁺+M₃ ²⁺+...＝1，和G₁ ^V+G₂ ^V+G₃ ^V+...＝1。然而，为了简便起见，以所假定的通式，将使用命名LiM²⁺G^V。

M²⁺的实例包括但不局限于由以下组成的组：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Cr、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、Cd、Hg、Sn、Pb、和其组合。第V族氮族元素(pnictogens)选自由以下组成的组：N、P、As、Sb、Bi、和其组合。

反萤石型排序是指面心的(face-centered)G^V子晶格(sublattice)，其中存在四面体配位的Li和M²⁺组分。如图1中举例说明的，Li和M²⁺每一个配位到四个最近的G^V相邻物并且由此占据子晶格的全部四面体间隙。这些间隙群可以在统计上是无规的，或者，如以下图1所示，较高对称性的结构。G^V子晶格通常形成立方紧密堆积结构(即，立方晶胞(cubic unit cell))。然而，其它晶胞(例如，四方的、正交的等)符合反萤石型排序，前提是保持了上述配位。

反萤石型排序能够实现对本发明说来重要的两个特征：[1]通过直接能带隙(direct band-gap)的半导电传输，和[2]高Li-位点密度。前者，单独地，在能量转化应用中是重要的(例如发光二极管，光伏电池等)。然而，这两种特性特别地可用于辐射吸收和检测，特别地如应用于放射性同位素识别(RII)。

反萤石型排序可能与闪锌矿结构(zinc-blende structure)相关，一种许多商业半导体共有的晶体结构。为阐明这种关系，考虑众所周知的III-V半导体，其显示出闪锌矿(zinc-blende)晶体基础(crystalbasis)(例如GaAs)。它们的化学通式可写作M^IIIG^V。如果M^III等价(isovalently)变化为一价和二价对(即，M^III→M¹⁺M²⁺→Li⁺M²⁺)，保持了化学中性和形成了新的式单元：LiM²⁺G^V。然而，闪锌矿(zinc-blende)晶体基础现在必须容纳两个原子，而不是(先前的)一个。如图2所示，Li占据了面心M^III子晶格的全部空的八面体位点，而M²⁺直接取代了M^III。换言之，Li⁺占据了(M²⁺G^V)^-闪锌矿(zinc-blende)子晶格的全部八面体间隙。(注：通过转化无限晶格中的在先的+1/4、+1/4、+1/4，使图2的备选晶胞与图1的晶胞等价，全部原子保持固定。)

尽管存在化学差异，但是LiM²⁺G^V反萤石型材料保持了其闪锌矿(zinc-blende)III-V“同胞”的半导特性。实际上，存在小的、电正性的Li⁺用来使直接能带隙稳定。(M²⁺G^V)^-闪锌矿(zinc-blende)子晶格中的M²⁺-G^V键显示了比Li⁺-G^V键明显更强的共价性。后者，相反，显示了强离子特征。所得的Li⁺-(M²⁺G^V)^-离子相互作用足以使(M²⁺G^V)^-闪锌矿(zinc-blende)子晶格的带结构(band structure)扭曲，这诱发了直接能带隙半导体离开否则间接能带隙半导体。对于辐射吸收和检测来说，直接能带隙半导体是非常优选的，因为通过直接跃迁，电子空穴对的电离和重新结合(recombination)更有效地进行。

如表I所示，LiM²⁺G^V反萤石型材料的直接能带隙提供了一种机制以便有效地将光子能量转化为电能。因此，这种特征能够用于光伏电池(即，发电)，或者使用合适的电子设备用于信号分析、光谱光子检测。可适用的光子能量的范围由能带隙大小限定下界(lower-bounded)，后者又取决于组成(composition)。

表I-数个LiM²⁺G^V反萤石型材料的已知的半导特性

放射性同位素识别(RII)的一种方法源自γ光子光谱。然而，如果存在大原子序数Z的元素，吸收和检测γ光子的能力显著改善。LiM²⁺G^V反萤石型材料能够结合高-Z，M²⁺和G^V组分。组分的确切选择由反萤石型排序的结构稳定性和受高灵敏度γ检测的作用的半导特性的出现确定。

除直接能带隙之外，LiM²⁺G^V反萤石型材料显示出显著的Li-位点密度。对应值接近已知的最高的带Li材料的值。如表II中所示，例如，LiZnN包含约3.40×10²²Li-原子/cm³，相比，对于LiF，约6.12×10²²Li-原子/cm³，对于纯Li金属，约4.63×10²²Li-原子/cm³。这种特征是重要的，考虑到在中子检测中的⁶Li的作用。LiM²⁺G^V反萤石型材料富集于⁶Li产生了异常的中子-吸收能力的块状半导体(bulksemiconductors)。对厚的、高效率中子-吸收体积的可及性是LiM²⁺G^V反萤石型材料的关键特征(和竞争优势)。

表II-数个LiM²⁺G^V反萤石型材料的结晶特性

在放射性同位素识别(RII)的辐射吸收和检测中的LiM²⁺G^V反萤石型材料的有效性源自利用其：[1]半导传输性和直接能带隙，以及[2]⁶Li富集的高Li-位点密度。通过γ光子或⁶Li(n，α)中子俘获反应的产物形成电子空穴对提供了一种物理机制，从而产生了用于由合适的电子设备(未示)加工的电流脉冲。这些电流脉冲可以被分析而构建各种辐射类型的能谱。

通过类似于商业半导体所实践的组成改变，可以对LiM²⁺G^V反萤石型材料进行掺杂。这种特征可用于通过调节载体浓度(即，电子或空穴)来改善半导体传输性能。例如，在LiZnN中取代Zn²⁺的非常小过量的Li⁺产生了具有提高的空穴浓度的p型半导体。然而，一般说来，通过取代相对于参考组成元素的用作受体或供体的元素获得了半导体掺杂，由此分别形成了p-型或n-型半导体。在LiM²⁺G^V反萤石型材料中的实例包括对于Li的Mg(即，供体)，在M²⁺位点上的对于Cd的Ag(即，受体)，在G^V位点上的对于P的S(即，供体)，等等。更完全的扩展是选自由以下组成的非限制性的组的受体或供体：Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Cu、Ag、Au、B、Al、Ga、In、Sc、Y、C、Si、Ge、Sn、O、S、Se、和Te。或者，以相似的效果可以有意地引入空位缺陷(vacancy defects)。通过取代作用，掺杂浓度一般地是非常小的，通常小于0.01％。这些方法为本领域技术人员众所周知并且将不在这里进一步详述。

总之，LiM²⁺G^V反萤石型材料提供极好的通过仅仅γ-光子检测、仅仅中子-粒子检测、或同时的γ-光子和中子-粒子检测的放射性同位素识别(RII)的能力。以下列出了LiM²⁺G^V反萤石型材料的应用原则：

仅仅γ-光子检测

可以使用具有可忽略的中子俘获截面(＜0.1靶(barn)，对于所优选的热中子)的高-Z、M²⁺和G^V组分。⁶Li富集是不必要的。如果中子灵敏度必须是可忽略的，则完全耗尽Li为⁷Li。

仅仅中子-粒子检测

完全的⁶Li富集是高度优选的，不过浓度可以根据应用而定制。如果γ灵敏度必须是可忽略的，选择具有最小Z的M²⁺和G^V组分。为防止不需要的中子俘获反应，M²⁺和G^V组分应当具有最小的中子俘获截面(＜0.1靶，对于所优选的热中子)。

同时的γ-光子和中子-粒子检测

选择具有可忽略的中子俘获截面(＜0.1靶，对于所优选的热中子)的高-Z、M²⁺和G^V组分。完全的⁶Li富集是高度优选的，尽管浓度可以定制为期望范围的中子通量。同时的检测能力需要另外的脉冲鉴别处理以便在两种可能的信号源之间进行区分，即，与⁶Li原子的中子相互作用或γ-光子相互作用，很可能与高-Z、M²⁺和G^V组分原子的电子。脉冲鉴别可基于(但不限于)以下方法之一：[1]脉冲幅度阈值，其利用⁶Li中子吸收事件所释放的大能量(即，Q＝4.78MeV)，与应用中的γ射线的典型能量(即，低于2MeV)不同；[2]脉冲上升-时间方法，利用由两种类型的辐射的对形成的动力学差异。

光伏应用的光子辐射吸收

Li富集或耗尽不必要(即，利用天然丰度)。选择其能带隙和载体性能对于光子能量范围来说是最佳的组成。

新的LiM²⁺G^V反萤石型半导体提供了许多相比于常规的辐射吸收和检测材料的益处，包括：

[1]LiM²⁺G^V反萤石型半导体能够确实“大量(bulk)”结合中子吸收同位素，与具有2D(例如，薄膜或扩散层)或3D(例如穿孔二极管或微型柱(microcolumnar)半导体)结构的结构设计器件形成直接对比。与2D或3D设计器件相比，特别地对于快中子(＞1MeV)的光谱识别，对在体积上可以容易定制的厚的、高效的、中子吸收性材料的可及性是关键的性能差示装置(key performance differentiator)。

[2]相比于使用¹⁰B的现有技术，利用⁶Li仍然是重要的区别特征。¹⁰B(n，α)中子俘获反应通过中间的激发⁷Li状态进行，其在衰变时，产生了0.478MeV的γ量子。这种辐射使得¹⁰B不合适需要光谱检测的应用。由材料宿主的γ能量的完全或部分吸收在任何中子能量测量中诱发了大的不确定性。⁶Li(n，α)俘获反应，然而，直接进行到反应-产物基态，而没有γ发射。

[3]在适合于光谱中子探测的同位素(即，³He或⁶Li)中，仅仅⁶Li提供了通向固态实施方案的天然路径——在恶劣环境中能够可靠运行的超紧凑检测器的赋能益处。这种区别仍然是关键的，因为³He填充的管仍然是中子检测的主要技术。基于气态中子检测器的产品苦于有限的能量分辨率、对振荡和RF干扰的灵敏度和在输送和处理中的限制(由于其作为加压容器的等级)。

[4]⁶Li(n，α)俘获反应产生了两个益处：[1]重粒子产物(即，α和³T)，其短穿透深度(＜35μm)确保了能量完全转移到宿主材料中，和[2]相对大的4.78MeV Q值，相比而言，对于³He(n，p)，为0.764MeV。这些特性，当与固态半导体的直接-转化机制相结合时，转化为相对于³He管的显著的性能优势。例如，因为俘获反应的Q值添加到任何入射中子能量(即，E_中子+4.78MeV)，+4.78MeV的更高的电子阈值提供了更好的信噪比并且从γ辐射中清除了乱真信号。

[5]半导体电离能量(即，～3eV)小于³He气体的那些(即，～30eV)，并且因此提供了改进的能量分辨率。

[6]LiM²⁺G^V反萤石型半导体提供了同时检测γ光子和中子粒子的可能性。当考虑许多特殊核材料(SNM′s)存在和/或诱发γ-光子和中子-粒子发射(例如，武器级的Pu或U；用于富集的气态UF₆等)时，这样的能力的优点变得明显。通过屏蔽(shielding)的隐藏(concealment)是中子组分的更大挑战并且提供了在放射性同位素识别(RII)中包括中子传感能力的强推动力。

虽然本发明已经参考示范性实施方案进行描述，但是本领域技术人员应该理解的是可以进行各种变化并且在不偏离本发明范围的情况下等价物可以替换其元素。另外，在不偏离其本质范围的情况下，可以进行许多改变以便使特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，意图本发明不局限于作为实施本发明所预期的最佳方式而公开的特定的实施方案，而是本发明将包括全部属于所附权利要求范围的实施方案。

Claims

1.用于辐射吸收和检测的半导体材料，其包括化学计量LiM²⁺G^V的并且显示出反萤石型排序的三元组成，其中化学计量部分是Li＝1，M²⁺＝1，和G^V＝1，其中M²⁺选自由以下组成的组：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、Cd、Hg、Sn和Pb；其中G^V选自由以下组成的组：N、P、As、Sb、Bi；其中Li包括⁶Li；并且

其中电子空穴对通过辐射吸收产生，并且电子空穴对通过产生电流脉冲来检测。

2.用于辐射吸收和检测的半导体材料，其包括化学计量LiM²⁺G^V的并且显示出反萤石型排序的三元组成，其中化学计量部分是Li＝1，M²⁺＝1，和G^V＝1，其中M²⁺选自由以下组成的组：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、Cd、Hg、Sn和Pb；其中G^V选自由以下组成的组：N、P、As、Sb、Bi；其中Li基本上由⁷Li组成；并且

3.根据权利要求1或2的材料，其中M²⁺和G^V都具有小于0.1靶的热中子横截面。

4.根据权利要求1或2的材料，其中该材料吸收光子用于产生电能。

5.根据权利要求1的材料，其中该材料吸收中子用于产生电能。

6.根据权利要求1或2的材料，其中该材料掺杂以用作Li、M²⁺或G^V的受体或供体的元素，由此产生p-型或n-型半导体。

7.根据权利要求6的材料，其中用作受体或供体的元素选自由以下组成的组：Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Cu、Ag、Au、B、Al、Ga、In、Sc、Y、C、Si、Ge、Sn、O、S、Se和Te。

8.用于辐射吸收和检测的半导体材料，其包括化学计量Li(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)的并且显示出反萤石型排序的混合组成，其中化学计量部分是Li＝1，(M₁ ²⁺+M₂ ²⁺+M₃ ²⁺+...)＝1，和(G₁ ^V+G₂ ^V+G₃ ^V+...)＝1，其中(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)选自由以下组成的组：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、Cd、Hg、Sn和Pb，和其组合；其中(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)选自由以下组成的组：N、P、As、Sb、Bi和其组合；其中Li包括⁶Li；并且

9.用于辐射吸收和检测的半导体材料，其包括化学计量Li(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)的并且显示出反萤石型排序的混合组成，其中化学计量部分是Li＝1，(M₁ ²⁺+M₂ ²⁺+M₃ ²⁺+...)＝1，和(G₁ ^V+G₂ ^V+G₃ ^V+...)＝1，其中(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)选自由以下组成的组：Be、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Cr、Mn、Fe、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Zn、Cd、Hg、Sn和Pb，和其组合；其中(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)选自由以下组成的组：N、P、As、Sb、Bi和其组合；其中Li基本上由⁷Li组成；并且

10.根据权利要求8或9的材料，其中(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)和(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)都具有小于0.1靶的热中子横截面。

11.根据权利要求8或9的材料，其中该材料吸收光子用于产生电能。

12.根据权利要求8的材料，其中该材料吸收中子用于产生电能。

13.根据权利要求8或9的材料，其中该材料掺杂以用作Li、(M₁ ²⁺，M₂ ²⁺，M₃ ²⁺，...)或(G₁ ^V，G₂ ^V，G₃ ^V，...)的受体或供体的元素，由此产生p-型或n-型半导体。

14.根据权利要求13的材料，其中用作受体或供体的元素选自由以下组成的组：Li、Na、K、Rb、Be、Mg、Cu、Ag、Au、B、Al、Ga、In、Sc、Y、C、Si、Ge、Sn、O、S、Se和Te。