国内外CZT核辐射探测器的研究现状
时间:2017-03-19 15:11 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 在国家自然科学基金的大力支持下，西北工业大学等高校已经在CdZnTe晶体生长及相应电极材料制备方面进行了大量研究[1-3]，国内部分科研单位也逐步开始进行像素阵列CdZnTe探测技术的初步研究。2006年，华中科技大学采用8路4×4×2 单晶CdZnTe晶体拼接构成双能 射线骨密度测量仪，骨密度成像分辨率1 mm[4]。这一年，清华同方威视和清华大学工程物理系采用Yinner公司 11×11×6.3 晶体材料，制备了4×4像素阵列CdZnTe能谱探测器。通过保护环及像素峰位归一修正技术，探测器对 662 keV源的能量分辨率达到2.08%[5]。2007年，中科院高能物理所采用医学成像用32×32像素阵列CdZnTe探测器搭建了空间硬 射线编码孔成像天文望远镜样机，对 Gamma源能量分辨率为11.6%，单源定位精度 [6]。2008年，兰州大学及上海技术物理研究所采用Yinner公司晶体材料研制了7×7×5 ，3×3像素阵列CdZnTe探测器，对 122 keV源、 662 keV源的能量分辨率分别为23.7% (28.9 keV FWHM )和17.9% (17.8 keV FWHM)[7]。2010年，在NSAF基金支持下，重庆大学联合中国工程物理研究院电子工程研究所设计并制备了基于CdZnTe 16×16像素阵列探测器的高能射线源针孔成像系统。系统探测面积40×40 ，对 662 keV源平均能量分辨率为6.25%，空间成像分辨误差达到0.5 mm[8-10]。其实，国内外对于像素阵列CdZnTe探测器的研究正处于快速发展阶段，具有巨大的科研价值以及应用潜力。6662 国外的研究状况 在对CdZnTe探测器展开研究的很长一段时期内，CdZnTe晶体内部空穴载流子的俘获问题一直是阻碍CdZnTe探测器发展的关键因素。尽管研究过程中人们发现对于微米级厚度的CdZnTe 晶体，采用高偏压的方式可以提高空穴载流子的收集效率，进而改善探测器对 射线及低能Gamma射线的能量分辨率特性；同时，CdZnTe晶体较高的电阻率使得探测器漏电流较小，可以在CdZnTe晶体表面电极施加较高的偏压而不会出现极化效应。但对高能射线探测而言，为了达到高的探测效率，需要增加CdZnTe的厚度，此时通过提高外加偏压而改善空穴载流子收集特性的方法则并不具有明显效果。另一方面，根据CdZnTe晶体材料特性，围绕着 射线和Gamma射线探测的应用，科研人员也研究并开发了多种类型CdZnTe探测器及相关信号获取电子学电路，所做初期研究工作采用了半导体核辐射探测领域的相关成熟技术。在CdZnTe探测器的开发研究过程中，为了改善空穴载流子俘获效应对探测器能量分辨率的影响，研究人员首先采用了 、CdTe探测器的相关脉冲处理技术[11-14]，通过设计专用脉冲处理电路对CdZnTe探测器低上升时间脉冲信号实现修正或者甄别。尽管这种脉冲甄别方法能够在一定程度上改进大厚度CdZnTe探测器的能量分辨率问题，但同时也会导致大量脉冲计数的丢失，降低探测器的探测效率，并不能从根本上解决CdZnTe探测器因严重载流子俘获效应而导致的信噪比降低问题。 对CdZnTe探测器感应电荷信号产生过程进行更深入的研究后，研究人员发现：通过制备具有特殊结构的探测器信号收集电极，可以使CdZnTe探测器获得的感应电荷信号主要与电子载流子的迁移运动有关，而空穴载流子迁移引起的感应电荷信号对探测器总感应信号的贡献降低[15-25]。这种单极性探测技术减小了空穴载流子迁移能力弱、俘获几率高的缺陷对探测器感应信号的影响，从而使得探测器的厚度能够达到10 mm。本文所做工作主要是针对单极性CdZnTe探测器件中的一种，即具有“小像素效应”的面元像素阵列CdZnTe探测器展开。 图2.1 像素阵列CdZnTe晶体及探测原理图 (责任编辑：qin) |