[發明專利]一種半導體探測器

有效

• 申請號: 201610188180.X
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN105759303B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 李元景;張嵐;李玉蘭;劉以農;傅楗強;江灝;鄧智;薛濤;張韡;李軍
• 申請（專利權）人: 清華大學;同方威視技術股份有限公司
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明提供一種半導體探測器，該半導體探測器包括半導體晶體、陰極、陽極和至少一個階梯電極；所述半導體晶體包括頂面、底面和至少一個側面；所述陰極、所述陽極和所述階梯電極都為沉積于所述半導體晶體表面的導電薄膜；所述陰極設于所述半導體晶體的所述底面上，所述陽極設于所述半導體晶體的所述頂面上，所述階梯電極設于所述半導體晶體的至少一個側面上；所述階梯電極包括多個子電極。與現有技術相比，所述半導體探測器能夠提高能量分辨率。

本案為申請號為201310149397.6的分案。

技術領域

本發明涉及探測器技術領域，特別涉及一種半導體探測器。

背景技術

利用探測器測量高能射線例如X射線或γ射線的能譜是核素識別的重要手段之一。該種探測器已經廣泛應用于核輻射防護、核安檢、環境保護及國土安全等領域，用于檢測放射性物質。現有技術中，該種探測器主要分為兩類：一類是以NaI(Tl)為代表的閃爍體探測器，另一類是以高純鍺(HPGe)為代表的半導體探測器。

閃爍體探測器具有制備簡單和價格低廉的優點。在檢測現場使用的便攜式γ譜儀通常為NaI或CsI閃爍體探測器。但是，閃爍體探測器的能量分辨率較低，其能量分辨率為6％-7％@662keV，無法滿足復雜能譜精細結構的測量要求。

高純鍺半導體探測器的能量分辨率高于閃爍體探測器。但是，高純鍺半導體探測器僅能在液氮溫度(77K)下保存和使用，無法在室溫下使用。一方面，高純鍺半導體探測器需要配置低溫容器和真空室，導致其體積和成本增加；另一方面，使用高純鍺半導體探測器時，需要頻繁地添加液氮，導致其無法滿足野外檢測現場的使用要求，使用范圍受到限制。

近年來，出現了能夠在室溫下工作的另一種半導體探測器，該種半導體探測器使用材料為HgI₂、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe(碲鋅鎘，簡寫為CZT)、CdSe、GaP、HgS、PbI₂或AlSb的半導體晶體。該種半導體探測器具有體積小、便于攜帶、能量分辨率高、探測效率高和能在室溫下工作的優點。目前，該種半導體探測器已廣泛應用于環境監測、核醫學、工業無損檢測、安全檢查、核武器突防、航空航天、天體物理和高能物理等領域。

CdZnTe半導體晶體的禁帶為1.57eV，其阻抗高達10¹⁰Ω/cm，其平均原子序數為49.1，其密度為5.78g/cm³，生成一對電子-空穴對需要的能量為4.64eV，是能在室溫下工作且能處理2百萬光子/(s·mm²)的唯一半導體材料。研究表明，使用CdZnTe半導體晶體的半導體探測器的性能最優異、最適于在室溫下使用。

與閃爍體探測器相比，CdZnTe探測器的能量分辨率有所提高，其能量分辨率明顯高于NaI閃爍體探測器。與HPGe探測器相比，CdZnTe探測器的禁帶較寬，阻抗較大，載流子濃度較低，使其在施加偏壓后暗電流較小，是一種能在室溫下工作的半導體探測器。

但是，CdZnTe晶體通常不均勻，存在結構缺陷，因此CdZnTe晶體的載流子的遷移率較低，載流子的漂移時間較長，容易產生載流子(尤其是空穴)俘獲現象，即載流子壽命較短。載流子的俘獲現象導致CdZnTe半導體探測器的能量分辨率降低，采用CdZnTe半導體探測器測量獲得的能譜出現低能尾巴現象。