[发明专利]快时间响应半导体辐射探测器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种辐射探测装置，具体涉及一种基于短波光注入的快时间响应半导体辐射探测器及其制作方法，包括探测器本体，所述探测器本体包括探测器前盖及半导体晶体，还包括短波光源，所述短波光源设置于探测器前盖内侧壁上，短波光源指向半导体晶体中心，短波光源的发射角度覆盖整个半导体晶体空间区域，短波光源的中心波长低于半导体晶体禁带宽度对应的波长。解决了晶体质量对探测器时间响应特性的影响，为脉冲辐射场测量提供具有快时间响应特性的新型CZT探测器。

技术领域

本发明涉及一种辐射探测装置，具体涉及一种基于短波光注入的快时间响应半导体辐射探测器。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe，简称CZT)是一种新型室温化合物半导体材料，具有较高的平均原子序数、较高的密度、较高的电阻率以及较宽的禁带宽度等综合优势。

高的平均原子序数，使CZT探测器对中高能X/γ射线具有较高的探测效率；高密度，使CZT探测器体积小，在群探测中具有较强的兼容性，在空间探测中具有极大的优势；高电阻率和宽禁带宽度，使CZT探测器在室温下具有较低的暗电流，解决了常用的Si、Ge半导体辐射探测器的低温应用限制，有效降低了探测系统的复杂程度。

基于CZT的辐射探测技术研究，已为空间探测、医疗诊断以及工业探伤等领域提供了新的探测技术途径。目前，得益于CZT材料的综合优势，CZT探测器在能谱测量方面已获得了广泛应用，在脉冲辐射探测方面，有望提供一种具有快时间响应(ns量级)、高信噪比的室温半导体辐射探测器，具有极大的研究价值和应用前景。

现有的CZT探测器如图1、图2及图3所示，包括外壳及CZT半导体组件，CZT半导体组件包括基板5、设置在基板5上的CZT单晶7、分别设置在CZT单晶7前后两个端面的高压电极层8和收集电极层9；CZT单晶7与高压电极层8和收集电极层9之间均为欧姆接触；基板5与探测器端面由铜柱4连接；信号输出电路12附在基板5上，高压电源13与CZT晶体7的高压电极层8之间串接有10kΩ的电阻15，电阻与CZT晶体的高压电极层之间通过100nF电容16接地。

然而，受到现有晶体生长技术限制，CZT晶体内不可避免的存在缺陷，该缺陷在大多数类型的半导体辐射探测器晶体生长过程中都会被引入，这类缺陷对信号载流子的俘获和去俘获效应严重影响探测器辐射探测性能，尤其影响CZT探测器时间响应特性。信号载流子被陷阱俘获后，需以某种方式(加热、加电压等)向其提供足够的能量才能被陷阱释放。信号载流子发生俘获和去俘获过程的时间间隔，就是信号载流子对探测器输出信号的贡献被延迟的时间。在高强度脉冲射线入射条件下，晶体内产生了大量信号载流子，其在输运过程中受CZT晶体内大量的载流子陷阱的俘获和去俘获作用，被陷阱俘获的信号载流子输运时间被延长，在CZT探测器时间响应曲线上表现为下降沿的拖尾现象，造成难以从探测器时间响应曲线中获取脉冲射线源的时间信息。

由于晶体内缺陷对信号载流子俘获和去俘获效应，晶体质量的不确定性使不同单晶CZT探测器时间响应性能存在较大差异性，一方面使CZT探测器时间响应曲线存在不同程度后沿拖尾问题，另一方面也增大构建CZT探测器理论模型的困难，所构建的模型与实际CZT探测器时间响应特性存在差异。因此，亟需探索可行技术途径，削弱甚至克服晶体质量对CZT探测器时间响应特性的影响，深化对CZT探测器辐射探测机理的认识，并进一步扩展探测器的适用范围。

发明内容

为了克服晶体质量对探测器时间响应特性的影响，本发明提供了一种基于短波光注入的快时间响应半导体辐射探测器，其利用持续照射的短波光(光波长低于晶体禁带宽度对应的波长)注入方法在半导体晶体内实现光载流子注入，使晶体内陷阱一直处于充满的状态，削弱缺陷对信号载流子的俘获和去俘获作用，实现改善探测器时间响应曲线后沿拖尾问题。