[发明专利]多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器

说明书

本发明公开了多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器，包括碲锌镉晶体，所述碲锌镉晶体上通过沉淀的方法设置有多个小共面栅极单元，多个所述小共面栅极单元在一个平面上以行和列方向按阵列方式排列，所述小共面栅极单元由收集电极、未收集电极以及后端读出电路组成，所述收集电极与未收集电极按面积占比1:1的比例交叉的形式制成，所述收集电极用于收集电子载流子，所述未收集电极用于权重势设定，所述小共面栅极单元的后端读出电路连接信号。本发明结构合理，阵列式排布的小共面栅极单元可对其设置单独的权重势，使其获得更好的收集性能，具有更丰富的信号种类，可在后续校正过程中提供更多校正信息。

技术领域

本发明涉及碲锌镉探测器技术领域，尤其涉及多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器。

背景技术

自20世纪60年代以来，用于CT的半导体探测器迅速发展，成为新一代的核辐射探测器。其中碲锌镉(CZT)探测器其具有较高的平均原子序数、较大禁带宽度、在常温下稳定工作等特点。其结构由最初的弗里希栅极结构发展到如今的面元像素阵列式结构，可广泛运用于安全监测、核废料监控、工业探伤、医学诊断等领域，已成为当前国际上研究的重要对象。

目前制备的CZT材料的空穴迁移率-寿命乘积比电子的迁移率-寿命乘积低出一倍左右，使得空穴收集特性较差。

弗里希栅极结构是在平板电极中，将接地的弗里希板放置靠近探测器阳极面位置，使阴极与弗里希板之间的载流子不会在阳极产生感应电荷，使得探测器输出脉冲幅度只与产生电子的总数成正比。共面栅极结构则采用三端式电极结构，阳极面包括了阴极和阳极的平板电极，分别通过独立的信号处理通道进行电子信号处理。而现如今采用较多的面元像素阵列式结构，其阴极采用平面电极结构，阳极采则采用阵列分布的像素电极，存在“小像素效应”，通过合理选择像素电极尺寸，使探测器具备与电子载流子运动相关的单极性特性。

但是其依然存在一些不足之处：

1、传统面元像素阵列探测器设计非常单一，仅在阳极表面制备不同形状的像素单元电极，其内部电场分布在统一的权重势下不易控制，每个电极只能引入一种电信号(负电荷)进行收集，收集性能仅取决于电子载流子的迁移能力，可能会导致较差的收集性能。

2、另一方面，传统的共面栅极探测器对于高能射线的成像探测不够方便，需要多块共面栅极探测器拼接才能更好的实现高能射线的成像。

3、对于弗里希栅极探测器，其需要在半导体内部插入弗里希金属网，其技术要求高成本较高，且可能因为在切割过程中造成CZT内不均匀，影响载流子的迁移能力。

以上三点都可以通过本发明所描述的多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器结构所解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器，其阵列式排布的小共面栅极单元可对其设置单独的权重势，使其获得更好的收集性能，具有更丰富的信号种类，可在后续校正过程中提供更多校正信息。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

多共面栅阳极像素阵列式能谱探测器，包括碲锌镉晶体，所述碲锌镉晶体上通过沉淀的方法设置有多个小共面栅极单元，多个所述小共面栅极单元在一个平面上以行和列方向按阵列方式排列，所述小共面栅极单元由收集电极、未收集电极以及后端读出电路组成，所述收集电极与未收集电极按面积占比1:1的比例交叉的形式制成，所述收集电极用于收集电子载流子，所述未收集电极用于权重势设定，所述小共面栅极单元的后端读出电路连接信号，所述未收集电极根据不同需要对空穴进行收集与不收集操作。

优选地，所述收集电极与未收集电极为铬金复合电极。

优选地，所述收集电极与未收集电极的厚度在50nm到100nm之间。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：