[其他]半导体辐射检测器

说明书

本发明涉及用于工程、核医学以及其它技术领域的一种半导体辐射检测器。

用于室温下的、在包含诸如CdTe、HgI₂等等化合物半导体的辐射检测器中，电荷收集时间，或者与检测器相连接的前置放大器输出信号的上沿时间随着检测器中辐射被吸收的位置而大幅度地起伏变化，因为，一般说来，空穴漂移迁移率μh远小于电子迁移率μe。这种趋势在下述情况变得越发显著，即当γ射线高于60KeV、通过正负电极其中之一来辐射检测器时，这是由于从检测效率出发检测器的厚度（或电极间的距离）或耗尽层的厚度必须大于0.5mm，并且对于能予施加的电压存在着一种限制。

假如前置放大器的输出信号由主放大器形成和放大，然后由多通道脉冲高度分析仪（以下称为MCA）进行分析，那么相对于图7（a）所示的，其尾随脉冲由于下列两个因素而在低能侧延伸的全能量吸收峰值来说，脉冲高度的分布就变得不对称了，这样，就难以获得一良好的能量分辨率。

因素（a）：由于μh.τh乘积的微小数值引起的不完全的电荷收集（其中τh是空穴的平均自由时间），就是说，正空穴轻易地被捕集到空穴陷井中心的趋势。

因素（b）：脉冲形成电路输出的脉冲高度对于该电路输入信号上沿时间的依赖性。

因素（a）与半导体元素的晶体的固有特性有关，而且，τh的值随着晶体的质量，或者随着正空穴陷井中心的浓度而有很大变化。更为详尽的参考资料请见“应用物理46（10）1034（1977）”中，E·萨开（E.SaKai）的“HgI₂辐射检测器的目前状况”。

因素（b）仅与电子电路的响应特性有关，并且依赖于所使用的脉冲形成电路（或者滤波器）的类型及其形成时间常数。

图5中表示了一种室温辐射检测器，它包括有诸如CdTe或者HgI₂等化合物半导体的辐射检测元件1、负电极2以及在元件另一面的正电极3。通常对高阻类型的CdTe或者HgI₂元件1本身就是晶体，其电极2和3由导电敷层（一种商标）涂层或者在上面真空蒸发上一层金属模（如在HgH₂上蒸发上Pd或Ge）。

对低阻类型CdTe，元件1是一表面势垒型，或者一种PN结型。在前者的情况下，整个晶体构成一敏感层，在后者的情况下，敏感层是耗尽层。

负偏压加在负电极2上，前置放大器6与正电极3相连接并且产生一个电压信号Vp。主放大器（或者叫脉冲形成放大器）4接收这个信号，产生一个能量信号Ve，由MCA来进行分析。

为了解释方便，检测器1夹在平行的平板电极之间来表示，输出信号通过直流耦合由正电极3取出。任何其它的取出信号的适当方法亦可采用。

令敏感层的厚度为1，负电极2和入射辐射被吸收的位置之间的距离为X。在辐射的状态下，在X/1足够小的区域内，正空穴移动一段短短的距离，输出信号主要由电子引起，这样，电荷收集时间是短暂的，并且实现完全的电荷收集。

然而，在辐射状态下，X/1值较大时，正空穴移动一段较大的距离，这样，电荷收集时间就变长了，上述因素（a），或者，电荷收集不完全的情况就变得明显了。这一趋势由图6中的实线曲线Vpmax表示，因为前置放大器6输出电压的脉冲高度Vpmax依赖于X/1。图6中，电荷收集时间和前置放大器6输出信号的上沿时间tr可取自于横坐标，以取代吸收位置的信息。

形成放大器4有上述的因素（b），也就是说，它的输出信号脉冲高度Vemax依赖于其输入信号的上沿时间。一般说来，由于输入信号的脉冲高度保持为常数，当输入信号的上沿时间增加时，输出信号的脉冲高度Vemax趋于减小。所以，当上沿时间增加时，Vemax/Vpmax减小。Vemax随tr的变化由图6中点和短线组成的曲线所表示。当上述的、由单一能量γ射线辐射引起的能量信号Ve被一脉冲高度分析仪进行分析时，所获得的脉冲高度分布曲线如图7（a）所示呈不对称，其尾随脉冲拖曳在完全能量吸收峰的低能侧。如图7（b）至图7（d）所示，脉冲高度分布随着辐射被吸收的位置而变化，并且能量吸收峰在X/1的值增加时移向低能侧。

形成放大器4有四种功能，即：（1）放大，（2）降低电路噪声，（3）产生小宽度的脉冲以改善计数率特性，以及（4）产生出容易处理的脉冲形状。容易处理的脉冲的形状是指脉冲（比如当进行脉冲高度分析时）相对时间轴有一比较扁平的峰。