輻射探測器及輻射探測裝置制造方法及圖紙

公開了一種輻射探測器及包括該輻射探測器的輻射探測裝置。輻射探測器包括：用于感測輻射的半導體晶體，所述半導體晶體包括頂部表面、底部表面和至少一個側面；位于半導體晶體的頂部表面的第一陽極；位于半導體晶體的底部表面的第二陽極；以及位于半導體晶體的至少一個側面的陰極。輻射探測裝置包括該輻射探測器和信號處理電路。該輻射探測器利用結構簡單的雙陽極結構實現了單電荷靈敏特性，從而改善能量分辨率。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及輻射探測器及包括該輻射探測器的輻射探測裝置，更具體地，涉及用于X射線或Y射線能譜測量或成像的CdZnTe (CZT)探測器及其探測裝置。
技術介紹
輻射探測器可以測量例如X射線或Y射線的能譜，因而是進行核素識別的主要手段之一。輻射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。目前，輻射探測器主要可分為兩類: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)為代表的半導體輻射探測器。閃爍體探測器具有價格便宜、制備簡單等優點。然而，閃爍體探測器的能量分辨率較差，很難滿足復雜能譜精細結構的測量要求。半導體輻射探測器具有很好的能量分辨率。然而，半導體輻射探測器大都要求在液氮(77K)下保存或使用。由于使用了低溫容器和真空室，這將增加探測器的總體積。而且，需要頻繁地添加液氮，無法滿足野外惡劣條件下的使用要求，使用范圍受到了限制。使用化合物半導體材料的半導體輻射探測器具有能量分辨率高、探測效率高、體積小、便于攜帶、并可在室溫下工作等優點。目前，半導體輻射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。近年來，人們對HgI2、GaAs、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2及AlSb等多種化合物半導體材料進行了廣泛的研究。研究表明，CdZnTe是性能優異、最有前途的用于在室溫下工作的半導體輻射探測器的新材料。由于例如CdZnTe的半導體晶體的本身特性，例如空穴壽命短、遷移率低(即μ h τ h很小)，載流子在半導體晶體中的漂移長度Lh很短，在半導體晶體中不同位置處的載流子對脈沖幅度的貢獻不同。結果，化合物半導體輻射探測器的能量分辨率變差。為改善該類化合物半導體輻射探測器的能量分辨性能，該類化合物半導體輻射探測器往往設計為具有單電荷靈敏特性的電極結構，以消除因空穴遷移速度慢而對能量分辨率帶來的不良影響。目前，基于單電荷靈敏特性設計的半導體輻射探測器主要包括:平行弗里希柵型(ParallelFrisch Grid)、共面弗里希柵型(Coplanar Frisch Grid)、半球形(Hemisphere)、準半球型(Quas1-hemisphere)和小像素型(Pixelated)等。上述基于單電荷靈敏特性設計的半導體輻射探測器利用特定的電極結構在一定程度上提高了能量分辨率。然而，這些電極結構較為復雜，工藝制作復雜且給后續的讀出電子學設計帶來困難，不利于便攜式Y譜儀的制作。或者這些電極結構限制了半導體輻射探測器的探測效率，并且對能量分辨率的改善不明顯。
技術實現思路
本技術的一個目的旨在簡化半導體輻射探測器的電極結構以降低生產成本。本技術的進一步的目的是結合信號處理電路對半導體輻射探測器的輸出信號進行修正，以提高能量分辨率。根據本技術的一方面，提供一種輻射探測器，包括:用于感測輻射的半導體晶體，所述半導體晶體包括頂部表面、底部表面和至少一個側面；位于半導體晶體的頂部表面的第一陽極；位于半導體晶體的底部表面的第二陽極；以及位于半導體晶體的至少一個側面的陰極。優選地，半導體晶體感測X射線或Y射線。優選地，半導體晶體的形狀為長方體，并且所述頂部表面和所述底部表面是長方體的任意兩個相對表面，所述至少一個側面是長方體的其余四個表面。優選地，半導體晶體的形狀為立方體，并且所述頂部表面和所述底部表面是立方體的任意兩個相對表面，所述至少一個側面是立方體的其余四個表面。優選地，半導體晶體的形狀為圓柱體，并且所述頂部表面和所述底部表面分別是圓柱體的頂面和底面，所述至少一個側面是圓柱體的側面。優選地，陰極連續覆蓋半導體晶體的所述至少一個側面。優選地，陰極分成位于半導體晶體的所述至少一個側面的一部分并且共同連接在一起的多個區段。優選地，陰極完全覆蓋半導體晶體的所述至少一個側面。優選地，第一陽極和第二陽極分別覆蓋半導體晶體的頂部表面和底部表面的至少一部分。進一步優選地，第一陽極和第二陽極的尺寸為半導體晶體的頂部表面和底部表面之間的高度的1/5 2/5，并且小于半導體晶體的頂部表面和底部表面的尺寸。優選地，第一陽極和第二陽極具有相同的形狀，并且相對于陰極對稱地設置在半導體晶體的頂部表面和底部表面的中心。優選地，半導體晶體由選自HgI2、GaAs、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI2 和 AlSb中的一種組成。優選地，射線沿著半導體晶體的4 π方向入射。進一步優選地，射線沿著垂直于所述至少一個側面中的一個側面的方向入射。根據本技術的另一方面，提供一種輻射探測裝置，包括:上述的輻射探測器；以及信號處理電路，所述信號處理電路包括:第一雙極性放大整形電路，從第一陽極接收第一感測信號并進行放大和整形；第二雙極性放大整形電路，從第二陽極接收第二感測信號并進行放大和整形；第一絕對值電路，從第一雙極性放大整形電路接收第一感測信號并且計算第一感測信號的幅度的絕對值；第二絕對值電路，從第二雙極性放大整形電路接收第二感測信號并且計算第二感測信號的幅度的絕對值；求和電路，從第一絕對值電路接收第一感測信號的幅度的絕對值，以及從第二絕對值電路接收第二感測信號的幅度的絕對值，并對第一感測信號的幅度的絕對值和第二感測信號的幅度的絕對值求和；以及多道脈沖幅度分析器，接收求和電路的輸出信號并對脈沖幅度分布進行分析。優選地，輻射探測裝置還包括供電電路，在第一陽極、第二陽極與陰極之間提供工作電壓。優選地，輻射探測裝置根據半導體晶體的高度設置工作電壓。進一步優選地，半導體晶體是尺寸為IOmmX IOmmX IOmm的立方體,工作電壓約為100 200V/mm。例如，工作電壓約為200V/mm。根據本技術的輻射探測器利用第一陽極和第二陽極提供兩路感測信號。在優選的實施例中，第一陽極和第二陽極具有相同的形狀，并且相對于陰極對稱地設置在半導體晶體的頂部表面和底部表面的中心。該電極結構的制備無須進行昂貴的光刻技術。該輻射探測器利用結構簡單的雙陽極結構實現了單電荷靈敏特性，從而改善能量分辨率。該雙陽極結構使得可以利用較大靈敏體積的半導體晶體，從而可以提高探測效率。根據本技術的輻射探測裝置不需要使用龐大復雜的信號處理電路，僅依靠雙陽極結構的優化及讀出信號的修正即可使室溫半導體Y /X探測器具有較高的能量分辨率。附圖說明通過以下參照附圖對本公開實施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:圖1是根據本技術一個優選實施例的輻射探測器的示意性原理圖；圖2是根據本技術一個優選實施例的輻射探測器中半導體晶體內部不同位置處產生的電子在工作電壓作用下的模擬漂移路徑；圖3是根據本技術一個優選實施例的輻射探測裝置的電路框圖；以及圖4是根據本技術一個優選實施例的輻射探測裝置的模擬能譜圖。具體實施方式下文結合附圖對本技術優選實施例進行詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本技術的上述以及其他目的、優點和特征。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。圖1是根據本技術一個優選實施例的輻射探測器的示意性原本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種輻射探測器，其特征在于包括：用于感測輻射的半導體晶體，所述半導體晶體包括頂部表面、底部表面和至少一個側面；位于半導體晶體的頂部表面的第一陽極；位于半導體晶體的底部表面的第二陽極；以及位于半導體晶體的至少一個側面的陰極。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李玉蘭，張嵐，李元景，劉以農，牛莉博，傅楗強，江灝，張韡，劉延青，李軍，
申請(專利權)人：同方威視技術股份有限公司，清華大學，
類型：實用新型
國別省市：