本发明公开了一种高探测效率自支撑CdZnTe厚膜结构、探测器件及其制备方法和应用。本发明提供的高探测效率自支撑CdZnTe厚膜伽马射线探测器制备方法包括衬底预处理、CdZnTe膜的生长过程、CdZnTe膜的剥离过程、自支撑CdZnTe厚膜伽马射线探测器的电极制作四个主要步骤。本发明方法通过在一种高热导率的单晶膜基底上生长CdZnTe厚膜,基底的高热导率能促进CZT晶粒的形核,进而获得大面积、低缺陷浓度的CdZnTe厚膜,所制得的高探测效率自支撑CdZnTe厚膜伽玛射线探测器具备十分优异的高能辐射探测特性,在室温条件下体漏电流和噪声都较低,对伽玛射线的截止能力和探测量子效率较高,成为目前室温半导体辐射探测领域的热点。