專利名稱：半導(dǎo)體探測器γ/X射線電荷收集效率的測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射探測器電荷收集效率絕對測量實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具體涉及CVD金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體探測器對Y /X射線電荷收集效率的測量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體探測器是實(shí)驗(yàn)核物理領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的核輻射探測器，特別是近年來發(fā)展的寬禁帶半導(dǎo)體探測器，由于具有日盲特性、比Si探測器更快的時(shí)間響應(yīng)和更小的暗電流，成為國際輻射探測領(lǐng)域研究的前沿課題和熱點(diǎn)。例如，金剛石薄膜探測器具備耐高溫(工作溫度可達(dá)500°c )、耐輻照能力強(qiáng)(比Si-PIN半導(dǎo)體探測器高出3個(gè)量級)、更快的時(shí)間響應(yīng)(比Si-PIN半導(dǎo)體探測器快約3倍)及噪聲低等優(yōu)異性能，可以在深空探測、同 步輻射、強(qiáng)中子、伽馬射線、電子、重帶電粒子和X射線等穩(wěn)態(tài)和脈沖輻射場，以及復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用而成為當(dāng)前輻射探測領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和較理想的探測器之一。目前，CVD金剛石探測器、CZT探測器、GaN探測器等寬禁帶半導(dǎo)體探測器大多是基于人造薄膜材料研制而成的。然而，受材料價(jià)格和制作技術(shù)、工藝等的限制，無論是多晶還是單晶薄膜，材料內(nèi)部都存在缺陷，其缺陷密度比Si探測器高出數(shù)個(gè)量級，輻射在寬禁帶半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的電子-空穴對在向電極漂移的過程中不可避免地遇到陷阱并以一定概率被俘獲而不能被完全收集，因此，在輻射探測中電荷收集效率是表征寬禁帶半導(dǎo)體探測器性能最為重要的參數(shù)之一。由于材料內(nèi)部的缺陷及其分布很難知曉，因而其電荷收集效率無法用理論計(jì)算獲得，通過實(shí)驗(yàn)測量是目前確定其電荷收集效率的主要手段和該類探測器研制、應(yīng)用的重要內(nèi)容。CVD金剛石薄膜探測器等寬禁帶半導(dǎo)體探測器對a粒子和電子的電荷收集效率測量技術(shù)已有研究，但測量這類探測器對Y/X射線的電荷收集效率，由于很難準(zhǔn)確確定射線在探測器中產(chǎn)生的總能量沉積以及由這些能量產(chǎn)生的輸出信號，而成為難題。主要是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中，不僅Y/X射線與探測器靈敏介質(zhì)作用產(chǎn)生能量沉積，而且Y/X射線與探測器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的次級電子也在靈敏區(qū)沉積能量，而后者的數(shù)值與探測器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)、安裝位置、準(zhǔn)直器孔徑與材料及Y /X射線能量密切相關(guān)，而且很難通過計(jì)算準(zhǔn)確獲得。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將半導(dǎo)體探測器直接放置在輻射通道中測量Y/X射線，由探測器周圍空氣、準(zhǔn)直器、屏蔽體等物質(zhì)與射線作用產(chǎn)生的雜散電子干擾非常嚴(yán)重，使得無法獲得正確的測量結(jié)果，即使在探測器前加偏轉(zhuǎn)磁場來清掃雜散電子，也不能達(dá)到理想的效果。研究表明，來自探測器外部雜散電子產(chǎn)生的干擾信號有時(shí)比探測器響應(yīng)信號要高出I 3倍，且干擾信號很容易被視為信號。因此，寬禁帶半導(dǎo)體探測器對Y/X射線電荷收集效率的測量方法和技術(shù)是該類探測器用于脈沖Y /X射線探測和相關(guān)技術(shù)研究必須解決的問題。建立半導(dǎo)體探測器對Y/X射線電荷收集效率的測量方法和系統(tǒng)，首先要尋找引起理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異的原因，只有這樣才能創(chuàng)立新的測量方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，Y/X射線與探測器靈敏介質(zhì)以外的物質(zhì)作用產(chǎn)生的康普頓電子等次生高能電子是導(dǎo)致半導(dǎo)體探測器對Y/X射線電荷收集效率數(shù)值無法準(zhǔn)確計(jì)算，以及實(shí)驗(yàn)測量值和理論計(jì)算值差異的根本原因。因此，如何消除雜散電子對測量結(jié)果的影響，并準(zhǔn)確計(jì)算總能量沉積是創(chuàng)建新的Y/X射線電荷收集效率測量方法的關(guān)鍵所在。我們認(rèn)識(shí)到，判斷新測量方法正確與否的根本判據(jù)，可用其測量Si-PIN半導(dǎo)體探測器對伽馬射線的電荷收集效率，若電荷收集效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果為100%，則測量方法正確，并可將新方法應(yīng)用于其它寬禁帶半導(dǎo)體探測器對Y /X射線電荷收集效率的測量。因此，確定CVD金剛石薄膜探測器等寬禁帶半導(dǎo)體探測器的Y /X射線電荷收集效率必須創(chuàng)建新方法，能夠確切地知道進(jìn)入半導(dǎo)體探測器的總沉積能量和相應(yīng)的探測器電極收集到的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量方法及系統(tǒng)，其解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)技術(shù)在測量半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境中雜散電子產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾信號而無法獲得正確測量結(jié)果的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量方法，包括以下步驟I. I]確定所需雜散電子過濾片的厚度，并將其緊貼式放置在待測半導(dǎo)體探測器前端;I. 2]測量待測半導(dǎo)體探測器對輻射響應(yīng)的信號電流7me;計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)輻射在待測半導(dǎo)體探測器內(nèi)產(chǎn)生的總電荷量Imth;I. 3]計(jì)算待測半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率n
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體探測器γ/χ射線電荷收集效率的測量方法，包括以下步驟 1.1]確定所需雜散電子過濾片的厚度，并將其緊貼式放置在待測半導(dǎo)體探測器前端； 1.2]測量待測半導(dǎo)體探測器對輻射響應(yīng)的信號電流7me;計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)輻射在待測半導(dǎo)體探測器內(nèi)產(chǎn)生的總電荷量Imth; 1.3]計(jì)算待測半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率η
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量方法，其特征在于所述確定所需雜散電子過濾片的厚度的方法如下 2.I] Y/X射線產(chǎn)生源產(chǎn)生Y/X射線； 2.2]任取一定厚度的雜散電子過濾片過濾Y/X射線在探測介質(zhì)周圍產(chǎn)生的雜散電子; 2.3]用電荷收集效率已知的檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器測量從雜散電子過濾片穿出的Y/X射線和電子束，讀出信號電流7me;該檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器為Si-PIN半導(dǎo)體探測器； 2.4]計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)輻射在檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器內(nèi)產(chǎn)生的總電荷量Imth ； 2.5]由
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量方法，其特征在于所述確定所需雜散電子過濾片的厚度的方法如下 3.I] Y /X射線產(chǎn)生源產(chǎn)生Y /X射線； 3.2]取一定厚度的雜散電子過濾片過濾Y/X射線在探測介質(zhì)周圍產(chǎn)生的雜散電子； 3.3]用電荷收集效率已知的檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器測量從雜散電子過濾片穿出的Υ/Χ射線和電子束，讀出信號電流7me;該檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器為Si-PIN半導(dǎo)體探測器； 3.4]判斷讀出的信號電流7me是否處于飽和，若飽和，則確定所需雜散電子過濾片的厚度；否則，逐步增加雜散電子過濾片的厚度，重復(fù)步驟3. 2]至3. 4]。
4.一種半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量系統(tǒng)， 包括Y/X射線產(chǎn)生源(I)、屏蔽室(2)、探測器信號檢測裝置、射線照射量率檢測裝置；所述屏蔽室(2)上設(shè)置有準(zhǔn)直Y/X射線束流方向的準(zhǔn)直孔(3)； 所述探測器信號檢測裝置包括高壓電源出)、小電流計(jì)(7)和計(jì)算機(jī)(8)； 所述射線照射量率檢測裝置包括Y/X射線儀(9)，所述Y/X射線儀(9)放置在移除探測器信號檢測裝置后的待測半導(dǎo)體探測器(5)靈敏面所在位置； 其特征在于 還包括雜散電子過濾片(4)； 所述雜散電子過濾片(4)設(shè)置在準(zhǔn)直孔(3)的正后方，且雜散電子過濾片(4)的后端面與待測半導(dǎo)體探測器(5)的前端面貼合放置；所述雜散電子過濾片(4)的大小以完全覆蓋待測半導(dǎo)體探測器(5)的靈敏面為準(zhǔn)；所述雜散電子過濾片(4)的材料為低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料；所述雜散電子過濾片(4)厚度應(yīng)能完全過濾Y/X射線在探測介質(zhì)周圍產(chǎn)生的雜散電子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量系統(tǒng)，其特征在于 還包括用于確定雜散電子過濾片(4)厚度的檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器(10);所述檢驗(yàn)半導(dǎo)體探測器(10)與待測半導(dǎo)體探測器(5)的位置相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述雜散電子過濾片(4)的材料為聚四氟乙烯或聚乙烯或膠木。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述Y/X射線產(chǎn)生源⑴為60Coy射線源；所述雜散電子過濾片⑷的材料為聚乙烯 或聚四氟乙烯；所述雜散電子過濾片(4)的厚度大于等于4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體探測器Y/X射線電荷收集效率的測量系統(tǒng)，其特征在于所述Y/X射線產(chǎn)生源⑴為60Coy射線源；所述雜散電子過濾片⑷的材料為聚乙烯或聚四氟乙烯；所述雜散電子過濾片(4)的厚度大于等于4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體探測器γ/X射線電荷收集效率的測量方法及系，包括以下步驟1.1]確定所需雜散電子過濾片的厚度，并將其緊貼式放置在待測半導(dǎo)體探測器前端；1.2]測量待測半導(dǎo)體探測器對輻射響應(yīng)的信號電流計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)輻射在待測半導(dǎo)體探測器內(nèi)產(chǎn)生的總電荷量Imth；1.3]計(jì)算待測半導(dǎo)體探測器γ/X射線電荷收集效率η本發(fā)明解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)技術(shù)在測量半導(dǎo)體探測器γ/X射線電荷收集效率時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境中雜散電子產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾信號而無法獲得正確測量結(jié)果的技術(shù)問題。本發(fā)明為半導(dǎo)體探測器在γ/X射線作用下的電荷收集效率測量提供了嶄新方法。
文檔編號G01T1/24GK102636805SQ20111003848
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者歐陽曉平, 譚新建, 雷嵐 申請人:西北核技術(shù)研究所