评估高纯锗晶体中的有效分凝系数以用于稀有事件搜寻中的锗探测器研发

稀有事件物理实验的性能和可扩展性依赖于大体积、探测器级的高纯锗（HPGe）晶体，并需要在生长过程中精确控制杂质分凝。我们报告了对南达科他大学（USD）生产的一根直拉法生长的 HPGe 晶体中杂质分布的详细研究。该晶体沿纵向被切割成 37 个片段，从而首次实现了对探测器级 HPGe 晶锭长度方向上掺杂剂分布的高分辨率系统映射。使用霍尔效应测量提取了每个片段中硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）和磷（P）的杂质浓度。根据这些数据，我们确定了主要掺杂剂的有效分凝系数（$K_{eff}$）和初始熔体浓度（$C_0$），并将其与经典的 Burton-Prim-Slichter 期望值进行了比较。这些结果为实际探测器生长条件下的杂质输运和熔体-固体分配提供了定量见解。这些发现为 HPGe 晶体提拉工艺优化策略提供了信息，改善了沿晶锭的杂质控制，并支持为下一代稀有事件搜寻可靠地制造大型、低本底 HPGe 探测器。