[发明专利]辐射探测器及辐射探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及辐射探测器及包括该辐射探测器的辐射探测装置，更具体地，涉及用于X射线或γ射线能谱测量或成像的CdZnTe(CZT)探测器及其探测装置。

背景技术

辐射探测器可以测量例如X射线或γ射线的能谱，因而是进行核素识别的主要手段之一。辐射探测器已经广泛应用于核辐射防护、核安检、环境保护及国土安全等领域，用于检测放射性物质。目前，辐射探测器主要可分为两类：一类是以NaI(T1)为代表的闪烁体探测器，另一类是以高纯锗(HPGe)为代表的半导体辐射探测器。

闪烁体探测器具有价格便宜、制备简单等优点。然而，闪烁体探测器的能量分辨率较差，很难满足复杂能谱精细结构的测量要求。半导体辐射探测器具有很好的能量分辨率。然而，半导体辐射探测器大都要求在液氮(77K)下保存或使用。由于使用了低温容器和真空室，这将增加探测器的总体积。而且，需要频繁地添加液氮，无法满足野外恶劣条件下的使用要求，使用范围受到了限制。使用化合物半导体材料的半导体辐射探测器具有能量分辨率高、探测效率高、体积小、便于携带、并可在室温下工作等优点。目前，半导体辐射探测器已广泛应用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域。近年来，人们对HgI₂、GaAs、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI₂及AlSb等多种化合物半导体材料进行了广泛的研究。研究表明，CdZnTe是性能优异、最有前途的用于在室温下工作的半导体辐射探测器的新材料。

由于例如CdZnTe的半导体晶体的本身特性，例如空穴寿命短、迁移率低(即μ_hτ_h很小)，载流子在半导体晶体中的漂移长度L_h很短，在半导体晶体中不同位置处的载流子对脉冲幅度的贡献不同。结果，化合物半导体辐射探测器的能量分辨率变差。为改善该类化合物半导体辐射探测器的能量分辨性能，该类化合物半导体辐射探测器往往设计为具有单电荷灵敏特性的电极结构，以消除因空穴迁移速度慢而对能量分辨率带来的不良影响。目前，基于单电荷灵敏特性设计的半导体辐射探测器主要包括：平行弗里希栅型(Parallel Frisch Grid)、共面弗里希栅型(Coplanar Frisch Grid)、半球形(Hemisphere)、准半球型(Quasi-hemisphere)和小像素型(Pixelated)等。

上述基于单电荷灵敏特性设计的半导体辐射探测器利用特定的电极结构在一定程度上提高了能量分辨率。然而，这些电极结构较为复杂，工艺制作复杂且给后续的读出电子学设计带来困难，不利于便携式γ谱仪的制作。或者这些电极结构限制了半导体辐射探测器的探测效率，并且对能量分辨率的改善不明显。

发明内容

本发明的一个目的旨在简化半导体辐射探测器的电极结构以降低生产成本。

本发明的进一步的目的是结合信号处理电路对半导体辐射探测器的输出信号进行修正，以提高能量分辨率。

根据本发明的一方面，提供一种辐射探测器，包括：用于感测辐射的半导体晶体，所述半导体晶体包括顶部表面、底部表面和至少一个侧面；位于半导体晶体的顶部表面的第一阳极；位于半导体晶体的底部表面的第二阳极；以及位于半导体晶体的至少一个侧面的阴极。

优选地，半导体晶体感测X射线或γ射线。

优选地，半导体晶体的形状为长方体，并且所述顶部表面和所述底部表面是长方体的任意两个相对表面，所述至少一个侧面是长方体的其余四个表面。

优选地，半导体晶体的形状为立方体，并且所述顶部表面和所述底部表面是立方体的任意两个相对表面，所述至少一个侧面是立方体的其余四个表面。

优选地，半导体晶体的形状为圆柱体，并且所述顶部表面和所述底部表面分别是圆柱体的顶面和底面，所述至少一个侧面是圆柱体的侧面。

优选地，阴极连续覆盖半导体晶体的所述至少一个侧面。

优选地，阴极分成位于半导体晶体的所述至少一个侧面的一部分并且共同连接在一起的多个区段。

优选地，阴极完全覆盖半导体晶体的所述至少一个侧面。

优选地，第一阳极和第二阳极分别覆盖半导体晶体的顶部表面和底部表面的至少一部分。

进一步优选地，第一阳极和第二阳极的尺寸为半导体晶体的顶部表面和底部表面之间的高度的1/5～2/5，并且小于半导体晶体的顶部表面和底部表面的尺寸。