[發(fā)明專利]快時(shí)間響應(yīng)半導(dǎo)體輻射探測(cè)器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710214218.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN107153214B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓和同;陳翔;傅錄祥;宋朝暉;管興胤;張子川;劉君紅;李剛;盧毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01T1/24
• 分類號(hào): G01T1/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)裝置，具體涉及一種基于短波光注入的快時(shí)間響應(yīng)半導(dǎo)體輻射探測(cè)器及其制作方法，包括探測(cè)器本體，所述探測(cè)器本體包括探測(cè)器前蓋及半導(dǎo)體晶體，還包括短波光源，所述短波光源設(shè)置于探測(cè)器前蓋內(nèi)側(cè)壁上，短波光源指向半導(dǎo)體晶體中心，短波光源的發(fā)射角度覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體晶體空間區(qū)域，短波光源的中心波長低于半導(dǎo)體晶體禁帶寬度對(duì)應(yīng)的波長。解決了晶體質(zhì)量對(duì)探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)特性的影響，為脈沖輻射場(chǎng)測(cè)量提供具有快時(shí)間響應(yīng)特性的新型CZT探測(cè)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種輻射探測(cè)裝置，具體涉及一種基于短波光注入的快時(shí)間響應(yīng)半導(dǎo)體輻射探測(cè)器。

背景技術(shù)

碲鋅鎘(CdZnTe，簡稱CZT)是一種新型室溫化合物半導(dǎo)體材料，具有較高的平均原子序數(shù)、較高的密度、較高的電阻率以及較寬的禁帶寬度等綜合優(yōu)勢(shì)。

高的平均原子序數(shù)，使CZT探測(cè)器對(duì)中高能X/γ射線具有較高的探測(cè)效率；高密度，使CZT探測(cè)器體積小，在群探測(cè)中具有較強(qiáng)的兼容性，在空間探測(cè)中具有極大的優(yōu)勢(shì)；高電阻率和寬禁帶寬度，使CZT探測(cè)器在室溫下具有較低的暗電流，解決了常用的Si、Ge半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的低溫應(yīng)用限制，有效降低了探測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

基于CZT的輻射探測(cè)技術(shù)研究，已為空間探測(cè)、醫(yī)療診斷以及工業(yè)探傷等領(lǐng)域提供了新的探測(cè)技術(shù)途徑。目前，得益于CZT材料的綜合優(yōu)勢(shì)，CZT探測(cè)器在能譜測(cè)量方面已獲得了廣泛應(yīng)用，在脈沖輻射探測(cè)方面，有望提供一種具有快時(shí)間響應(yīng)(ns量級(jí))、高信噪比的室溫半導(dǎo)體輻射探測(cè)器，具有極大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的CZT探測(cè)器如圖1、圖2及圖3所示，包括外殼及CZT半導(dǎo)體組件，CZT半導(dǎo)體組件包括基板5、設(shè)置在基板5上的CZT單晶7、分別設(shè)置在CZT單晶7前后兩個(gè)端面的高壓電極層8和收集電極層9；CZT單晶7與高壓電極層8和收集電極層9之間均為歐姆接觸；基板5與探測(cè)器端面由銅柱4連接；信號(hào)輸出電路12附在基板5上，高壓電源13與CZT晶體7的高壓電極層8之間串接有10kΩ的電阻15，電阻與CZT晶體的高壓電極層之間通過100nF電容16接地。

然而，受到現(xiàn)有晶體生長技術(shù)限制，CZT晶體內(nèi)不可避免的存在缺陷，該缺陷在大多數(shù)類型的半導(dǎo)體輻射探測(cè)器晶體生長過程中都會(huì)被引入，這類缺陷對(duì)信號(hào)載流子的俘獲和去俘獲效應(yīng)嚴(yán)重影響探測(cè)器輻射探測(cè)性能，尤其影響CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)特性。信號(hào)載流子被陷阱俘獲后，需以某種方式(加熱、加電壓等)向其提供足夠的能量才能被陷阱釋放。信號(hào)載流子發(fā)生俘獲和去俘獲過程的時(shí)間間隔，就是信號(hào)載流子對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)的貢獻(xiàn)被延遲的時(shí)間。在高強(qiáng)度脈沖射線入射條件下，晶體內(nèi)產(chǎn)生了大量信號(hào)載流子，其在輸運(yùn)過程中受CZT晶體內(nèi)大量的載流子陷阱的俘獲和去俘獲作用，被陷阱俘獲的信號(hào)載流子輸運(yùn)時(shí)間被延長，在CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)曲線上表現(xiàn)為下降沿的拖尾現(xiàn)象，造成難以從探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)曲線中獲取脈沖射線源的時(shí)間信息。

由于晶體內(nèi)缺陷對(duì)信號(hào)載流子俘獲和去俘獲效應(yīng)，晶體質(zhì)量的不確定性使不同單晶CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)性能存在較大差異性，一方面使CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)曲線存在不同程度后沿拖尾問題，另一方面也增大構(gòu)建CZT探測(cè)器理論模型的困難，所構(gòu)建的模型與實(shí)際CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)特性存在差異。因此，亟需探索可行技術(shù)途徑，削弱甚至克服晶體質(zhì)量對(duì)CZT探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)特性的影響，深化對(duì)CZT探測(cè)器輻射探測(cè)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步擴(kuò)展探測(cè)器的適用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服晶體質(zhì)量對(duì)探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)特性的影響，本發(fā)明提供了一種基于短波光注入的快時(shí)間響應(yīng)半導(dǎo)體輻射探測(cè)器，其利用持續(xù)照射的短波光(光波長低于晶體禁帶寬度對(duì)應(yīng)的波長)注入方法在半導(dǎo)體晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)光載流子注入，使晶體內(nèi)陷阱一直處于充滿的狀態(tài)，削弱缺陷對(duì)信號(hào)載流子的俘獲和去俘獲作用，實(shí)現(xiàn)改善探測(cè)器時(shí)間響應(yīng)曲線后沿拖尾問題。