[发明专利]一种高纯锗漂移探测器

说明书

本发明提供一种高纯锗漂移探测器，包括主体部分，其包括探测器晶体、覆盖全部表面的无定形锗接触层和电极层；电极层包括最顶部的分离电极组和最底部的整体电极，分离电极组包括电荷收集电极和环绕的多个环形电极，最外侧的为保护环电极，其余为漂移电极；电压偏置部分，向环形电极和整体电极均施加正偏压，且漂移电极施加的电压绝对值由外到里逐渐递减，电荷收集电极处于地电位；和信号采集处理系统。本发明的探测器结合漂移探测器构型、锗晶体的厚尺寸和无定形锗接触工艺，将漂移拓扑结构应用在基于无定形锗接触的平面型高纯锗探测器中，进一步增加其能量分辨、时间性能，同时极大的扩展探测灵敏面积，并且拥有更高的探测效率。

技术领域

本发明涉及辐射测量、X/γ能谱探测领域，特别涉及一种高纯锗探测器。

背景技术

现有的硅漂移探测器可以同时实现大探测面积和低电容，其对X射线的能量分辨(FWHM)可达145eV@5.9keV，在物质成分分析、天体物理、核物理等领域具有广泛的应用。但是由于工艺限制，硅漂移探测器的典型厚度在1mm以内，使得其在硬X射线(能量20keV)的探测中存在很大的效率损失。而锗晶体则可以容易的实现1mm以上的晶体厚度。

高纯锗漂移探测器是一种利用杂质浓度在10⁹cm^-3至10¹⁰cm^-3范围内的高纯度锗单晶，经过掺杂、镀膜和低温真空封装等工艺制成的一类半导体探测器，这一类型的探测器具有极高的能量分辨率和较高的探测效率，广泛用于γ射线和X射线测量。本发明所述的锗漂移探测器将比硅漂移探测器具有更高的探测效率、能量分辨和时间性能。1985-1990年国外尝试了锗漂移探测器的原型机研制，但由于当时的工艺限制，性能不尽人意。自那以后便再也没有锗漂移探测器的相关报道。

目前高纯锗漂移探测器遇到的主要难题在于制造精细分离的电极。以往的工艺采用的是Li扩散或离子注入的方式进行电极制造，这两种工艺方式需要在电极间蚀刻一定深度的沟槽以及后续的一系列处理来对电极进行分离，工艺较复杂且不稳定。

近些年锗晶体镀膜技术如热阻蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射等镀膜技术已广泛用于探测器电极接触制造，是一类较为成熟的电极制作工艺技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的高纯锗漂移探测器，以获得较硅漂移探测器更好的能量分辨、时间性能和探测效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种高纯锗漂移探测器，包括：主体部分，其包括探测器晶体、覆盖于探测器晶体的全部表面的无定形锗接触层以及设置于主体部分的顶部和底部的电极层；所述电极层包括位于主体部分最顶部的分离电极组和完整覆盖于主体部分最底部的整体电极，所述分离电极组包括位于探测器晶体的顶部中央的电荷收集电极和环绕于所述电荷收集电极的多个环形电极；最外侧的环形电极为保护环电极，设置于电荷收集电极和保护环电极之间的多个环形电极为漂移电极；电压偏置部分，其设置为向顶部的环形电极和底部的整体电极均施加正偏压，且漂移电极施加的电压绝对值由外到里逐渐递减，中央的电荷收集电极处于地电位，保护环电极的电位大于或等于相邻的漂移电极电位；以及信号采集处理系统，其与所述电荷收集电极相连。

所述无定形锗接触层的厚度为几十至几百纳米；所述无定形锗接触层利用磁控溅射蒸镀的方式在探测器晶体的全部表面上制作得到。

所述电荷收集电极、漂移电极和保护环电极是相对于中心旋转对称的，以增加探测器各个方向上的响应一致性。

所述电荷收集电极是圆形的，漂移电极和保护环电极是圆环形的；或者所述电荷收集电极是正方形的，漂移电极和保护环电极是正方环形的；或者所述电荷收集电极是正六边形的，漂移电极和保护环电极是正六边环形的。

所述电极层的厚度为几十纳米；所述电极层采用热电阻蒸镀、电子束蒸镀和磁控溅射蒸镀的一种制造。

所述信号采集处理系统包括与电荷收集电极依次相连的电荷灵敏前置放大器和数据处理系统。