[發明專利]具有增強的伽瑪輻射靈敏度的固態輻射探測器

有效

• 申請號: 201380019497.5
• 申請日: 2013-04-05
• 公開（公告）號: CN104221157B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: M·D·海爾貝爾;M·M·瓦爾特;R·W·弗拉曼寧
• 申請（專利權）人: 西屋電氣有限責任公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳華成

相關申請的交叉引用

本申請按照35U.S.C.§119(e)要求于2012年4月25日提交的、名稱為“具有增強的伽瑪輻射的碳化硅輻射探測器”的臨時申請序列號No.61/637,994的優先權。

技術領域

本發明涉及輻射探測器，以及更具體來說，涉及具有改進的伽瑪輻射靈敏度的固態輻射探測器。

背景技術

傳統中子探測器典型地包含作為電離室(ionization?chambers)或比例計數器(proportional?counters)工作的器件，這兩種器件都使用中子活性氣體如BF₃或He。一旦吸收中子，這樣的氣體就釋放高能反應粒子。這些粒子在周圍氣體中產生電離，該電離被適當偏置的電極探測到。其他的探測器用例如⁶Li、¹⁰B或²³⁵U的固態中子活性材料涂覆電離室的壁。這些材料也會吸收中子并釋放產生電離的粒子。

最近以來，已經應用探測橫跨半導體結的電子-空穴對的固態中子探測器。電子-空穴對由膜內的作為中子吸收的結果而形成的反應粒子或結合到探測器內的中子活性材料的摻雜物產生。也已知使用碳化硅(SiC)肖特基二極管作為固態輻射探測器來測量帶電粒子的電離輻射可以提供優于其他類型輻射探測器(例如離子室GeLi探測器等)的優點，特別是在高溫環境和高伽瑪輻射環境中。由于碳化硅探測器非常小，因此它們能夠安裝或插入到其他探測器類型不能配置的地方。雖然目前的碳化硅探測器的實施例會產生與入射伽瑪輻射成比例的信號，但是相對于對帶電粒子撞擊到器件有源區域上的響應，這個信號響應非常小。

存在這樣的應用，在該應用中，伽瑪輻射場的強度和能量譜在高溫或限制訪問區域中很重要。這種情形的示例是表征在福島現場(Fukushima?site)的被損壞的反應堆周圍和內部的輻射場所需要的輻射監控(surveillance)。本發明提供改進的碳化硅輻射探測器設計，能夠實現與肖特基二極管固態輻射探測器相關的當前所有優點，這包含增強探測器的探測能力的修正，并且表征來自核能發電中最重要的放射性同位素的入射伽瑪輻射的能量。

發明內容

伽瑪輻射靈敏度的改善是通過利用具有有源半導體區域和位于有源半導體區域的至少一部分上的肖特基接觸部的肖特基二極管來實現。與入射伽瑪輻射反應的康普頓(Compton)與光電子源材料層與源材料的源原子周圍的電子相互作用來產生高能量的康普頓(Compton)和光電電子以貫穿有源區，康普頓(Compton)和光電子源材料層以距離可控可變的間隔而被支撐在肖特基接觸部上，該間隔通過具有可忽略的電導率的低的有效原子序數的流體(如空氣)來填充，該間隔介于源材料和肖特基接觸部表面之間。根據需要調整流體間隔的組成和從肖特基接觸部表面起的源層的距離，以實現用于所尋求探測的特殊伽瑪輻射能量的探測器有源區域內的最大電荷沉積速率。輻射探測器和測量領域的技術人員使用的這個探測器將使得用戶能夠確定特殊放射性同位素的分配和相對量，如核反應堆中裂變份額(fission?fragment)所特有的同位素。

優選地，康普頓(Compton)和光電子源材料選自鉑或原子序數類似于或高于鉑的其他源材料，這些材料將產生會貫穿進探測器的有源區域并產生電離的電子。希望的是：肖特基接觸部位于包含碳化硅的有源區域上，以及康普頓(Compton)和光電子源材料層以及在間隔中使用的材料的厚度通過使用伽瑪輻射傳輸方法來確定，，以最大化導向將在探測器的有源區域累積能量的肖特基接觸部的光電子數，關于該伽瑪輻射傳輸方法，例如有那些可用于代碼封裝MCNP(Los?Alamos國家安全局(Los?Alamos?National?Security)、LLC、Los?Alamos國家實驗室(Los?Alamos?National?Laboratory))。

在一個實施例中，固態輻射探測器具有在給定時間內沉積在有源半導體區域上的電荷，該電荷與入射到康普頓(Compton)和電子源材料層上的伽瑪輻射能量成比例，并且探測器的輸出表示入射到探測器上的伽瑪輻射的能量和強度這兩者。優選地，源層之間的間隔和間隔層的厚度控制探測器對所探測的入射輻射能量的靈敏度。優選地，間隔層的厚度可調節以改變探測器的靈敏度。

附圖說明

當結合附圖來閱讀下面優選實施例的說明時，能夠獲得對本發明的更進一步理解，其中：

圖1是現有技術的碳化硅肖特基二極管輻射探測器的示意性表示；以及