專利名稱：測(cè)量γ/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法及電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射探測(cè)技術(shù)，具體涉及一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法及采用電流工作模式的半導(dǎo)體探測(cè)器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體探測(cè)器具有時(shí)間響應(yīng)快、能量分辨率好、靈敏度高、使用方便等突出優(yōu)點(diǎn)。尤其是近年來(lái)發(fā)展的CVD金剛石薄膜探測(cè)器(耐高溫，工作溫度可達(dá)500°C ;耐輻照，t匕Si-PIN半導(dǎo)體探測(cè)器高出3個(gè)量級(jí))、CZT探測(cè)器(高Z ;伽馬靈敏度高)、GaN探測(cè)器(亞納秒時(shí)間響應(yīng))以其優(yōu)異的性能及低噪聲，成為深空探測(cè)、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(chǎng)以及復(fù)雜環(huán)境脈沖輻射探測(cè)的研究熱點(diǎn)，新型半導(dǎo)體探測(cè)器及其應(yīng)用已成為當(dāng)前輻射探測(cè)領(lǐng)域研究的前沿課題和較理想的探測(cè)器件之一。半導(dǎo)體探測(cè)器工作有兩種模式脈沖計(jì)數(shù)模式和電流工作模式。與計(jì)數(shù)型半導(dǎo)體探測(cè)器相比，電流工作模式的半導(dǎo)體探測(cè)器為歐姆接觸型，具有安培以上線性電流輸出。對(duì)于較弱的輻射場(chǎng)，通常采用脈沖計(jì)數(shù)模式的探測(cè)器，此時(shí)，探測(cè)器直接放入輻射場(chǎng)，并通過(guò)前放、主放和多道分析系統(tǒng)對(duì)輻射場(chǎng)強(qiáng)度、能譜分布實(shí)施測(cè)量。而在輻射場(chǎng)較強(qiáng)或脈沖狀態(tài)時(shí)，脈沖計(jì)數(shù)模式不能滿足測(cè)量要求，需要采用電流工作模式的探測(cè)器，此時(shí)，這類探測(cè)器與小電流測(cè)量?jī)x或示波器相連接實(shí)施對(duì)時(shí)間-強(qiáng)度的測(cè)量。無(wú)論是計(jì)數(shù)模式還是電流模式，半導(dǎo)體探測(cè)器對(duì)輻射場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，事先必須刻度其輻射靈敏度，進(jìn)而給出強(qiáng)度信息。但是，在Y/X射線測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)￥/^射線能量在2001(^以上時(shí)，將電流模式工作的半導(dǎo)體探測(cè)器直接置于輻射場(chǎng)測(cè)量Y/X射線，很難得到準(zhǔn)確的靈敏度結(jié)果。主要是來(lái)自Y /X射線與探測(cè)器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的雜散電子進(jìn)入探測(cè)器，使得無(wú)法對(duì)其輻射靈敏度進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)刻度。這一困難一直困擾著電流工作模式的半導(dǎo)體探測(cè)器的研究和應(yīng)用，正因如此，自半導(dǎo)體探測(cè)器發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很少見到用單只電流模式工作的半導(dǎo)體探測(cè)器用于測(cè)量強(qiáng)流Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度或脈沖Y/X射線束流強(qiáng)度的報(bào)道。通過(guò)多年研究，我們發(fā)現(xiàn)在這類實(shí)驗(yàn)中，Y/X射線與電流型半導(dǎo)體探測(cè)器(Si-PIN探測(cè)器、CZT探測(cè)器、GaN探測(cè)器、CVD金剛石薄膜探測(cè)器等)周圍物質(zhì)產(chǎn)生的雜散電子進(jìn)入探測(cè)器產(chǎn)生干擾信號(hào)是導(dǎo)致輸出信號(hào)增大及靈敏度無(wú)法準(zhǔn)確刻度的主要原因，這些雜散電子干擾信號(hào)有時(shí)比探測(cè)器對(duì)入射Y/X射線的本征響應(yīng)要高出I 3倍，且干擾信號(hào)強(qiáng)度與測(cè)量環(huán)境、實(shí)驗(yàn)布局密切相關(guān)，使得每次測(cè)量結(jié)果都不一樣。為了解決這一難題，將電流型半導(dǎo)體探測(cè)器用于Y/X射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量，必須濾除實(shí)驗(yàn)中外部雜散電子的干擾，設(shè)計(jì)、采用新的基于半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法及電流型半導(dǎo)體探測(cè)器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體探測(cè)器在電流工作模式下不能準(zhǔn)確刻度其輻射靈敏度，從而無(wú)法用于Y/X射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特殊之處在于包括以下步驟I]用雜散電子過(guò)濾片過(guò)濾Y/X射線與探測(cè)器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的雜散電子；所述雜散電子過(guò)濾片為低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料；2]用電流型半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量從雜散電子過(guò)濾片穿出的電子束和Y/X射線，記錄電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流；3]根據(jù)電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流和探測(cè)器的電流靈敏度計(jì)算確定Y /X輻射場(chǎng)強(qiáng)度。
上述雜散電子過(guò)濾片的厚度是通過(guò)如下方式確定的調(diào)整雜散電子過(guò)濾片的厚度，直至探測(cè)器輸出的信號(hào)電流不再增加，進(jìn)入飽和區(qū)。上述雜散電子過(guò)濾片的厚度是通過(guò)如下方式確定的通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量初步選擇能夠過(guò)濾外來(lái)雜散電子的雜散電子過(guò)濾片厚度，以Si-PIN探測(cè)器作為校驗(yàn)探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量Si-PIN探測(cè)器的電荷收集效率對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，最終確定雜散電子過(guò)濾片的厚度。上述雜散電子過(guò)濾片為絕緣材料，所述絕緣材料包括聚乙烯或聚四氟乙烯或膠木。上述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器兩電極為歐姆接觸，其脈沖線性電流輸出大于300mA。一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，包括工作在電流模式的半導(dǎo)體探測(cè)器2，還包括緊貼半導(dǎo)體探測(cè)器2的前端面且完全覆蓋半導(dǎo)體探測(cè)器2靈敏區(qū)的雜散電子過(guò)濾片I。上包括用于嵌入雜散電子過(guò)濾片I和電流型半導(dǎo)體探測(cè)器2的絕緣材料封裝外殼3 ;所述封裝外殼3上設(shè)置有前后兩個(gè)準(zhǔn)直通道4，所述半導(dǎo)體探測(cè)器2位于兩個(gè)準(zhǔn)直通道4之間。上述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器2包括電流型Si-PIN探測(cè)器、電流型CZT探測(cè)器、電流型GaN探測(cè)器或電流型CVD金剛石薄膜探測(cè)器；所述雜散電子過(guò)濾片I為絕緣材料，所述絕緣材料為聚乙烯或聚四氟乙烯或膠木。上述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器兩電極為歐姆接觸，其脈沖線性電流輸出大于300mA。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出一種可測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法及電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，只需要在現(xiàn)有的半導(dǎo)體探測(cè)器正前方緊貼一塊合適厚度的雜散電子過(guò)濾片，就可以消除Y/X射線在探測(cè)介質(zhì)周圍產(chǎn)生的雜散電子對(duì)探測(cè)信號(hào)的影響，而雜散電子過(guò)濾片對(duì)信號(hào)的影響可以通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量準(zhǔn)確確定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)Y/X輻射靈敏度的準(zhǔn)確刻度及對(duì)Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)測(cè)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體探測(cè)器在電流工作模式下不能用于Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)測(cè)量的難題。


圖I是本發(fā)明的基于電流型半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖2是理論計(jì)算Y /X輻射在半導(dǎo)體探測(cè)器中凈沉積能量的計(jì)算模型示意圖。圖3是I. 25MeV的單位、射線在300 U m厚的探測(cè)器(Si-PIN探測(cè)器和CVD金剛石探測(cè)器)中凈沉積能量隨雜散電子過(guò)濾片厚度變化的理論計(jì)算結(jié)果。圖4是雜散電子過(guò)濾片為聚四氟乙烯時(shí)，所需雜散電子過(guò)濾片的厚度隨Y/X射線能量變化的理論計(jì)算結(jié)果。
圖中，I-雜散電子過(guò)濾片；2_半導(dǎo)體探測(cè)器；3_封裝外殼；4_準(zhǔn)直通道。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，包括以下步驟I]用雜散電子過(guò)濾片過(guò)濾Y/X射線與探測(cè)器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的雜散電子；雜散電子過(guò)濾片為低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料，一般為聚乙烯或聚四氟乙烯或膠木；低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料為平均原子序數(shù)小于等于9的絕緣介質(zhì)材料，所需的雜散電子過(guò)濾片的厚度與單位Y /X射線在探測(cè)器內(nèi)的凈沉積能量相對(duì)應(yīng)，可通過(guò)調(diào)整雜散電子過(guò)濾片的厚度同時(shí)測(cè)量探測(cè)器輸出的信號(hào)電流的方法確定，當(dāng)信號(hào)電流不再隨厚度增加而增加時(shí)，探測(cè)器信號(hào)電流即達(dá)飽和值；當(dāng)探測(cè)器輸出的信號(hào)電流處于飽和區(qū)時(shí)，相應(yīng)厚度即為所需的雜散電子過(guò)濾片的厚度。所需的雜散電子過(guò)濾片的厚度還可通過(guò)如下方式確定通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)初步選擇能夠過(guò)濾外來(lái)雜散電子的厚度，以Si-PIN探測(cè)器作為校驗(yàn)探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量其電荷收集效率對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，最終確定所需的雜散電子過(guò)濾片厚度。2]用電流型半導(dǎo)體探測(cè)器對(duì)穿出雜散電子過(guò)濾片的Y/X射線和電子束進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量所用電流型半導(dǎo)體探測(cè)器兩電極均為良好的歐姆接觸(而不是肖特基接觸)，其脈沖線性電流輸出大于300mA。記錄電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流；電流型半導(dǎo)體探測(cè)器包括電流型Si-PIN探測(cè)器、電流型CZT探測(cè)器、電流型GaN探測(cè)器或電流型CVD金剛石薄膜探測(cè)器等電流型半導(dǎo)體探測(cè)器。3]根據(jù)電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流和探測(cè)器的電流靈敏度計(jì)算確定Y /X輻射場(chǎng)強(qiáng)度。本發(fā)明一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，包括工作在電流模式的半導(dǎo)體探測(cè)器2、緊貼半導(dǎo)體探測(cè)器2的前端面且完全覆蓋半導(dǎo)體探測(cè)器2靈敏區(qū)的雜散電子過(guò)濾片I、用于嵌入雜散電子過(guò)濾片I和半導(dǎo)體探測(cè)器2的絕緣材料制成的封裝外殼3 ;封裝外殼3設(shè)置有前后兩個(gè)準(zhǔn)直通道4 ;前方的準(zhǔn)直通道位于雜散電子過(guò)濾片I的前面，后方的準(zhǔn)直通道位于半導(dǎo)體探測(cè)器2的后面，準(zhǔn)直通道的截面形狀與半導(dǎo)體探測(cè)器2的靈敏區(qū)一致且面積小于等于半導(dǎo)體探測(cè)器2的靈敏區(qū)面積。探測(cè)器的輻射響應(yīng)靈敏度可由其對(duì)輻射的電荷收集效率計(jì)算獲得。Si-PIN半導(dǎo)體探測(cè)器，工藝成熟，基質(zhì)Si為單晶結(jié)構(gòu)，純度可以達(dá)到99. 9999%以上，載流子在電場(chǎng)作用下輸運(yùn)的過(guò)程中被俘獲的幾率很小，因而可以近似認(rèn)為其電荷收集效率為100%?？梢圆捎肧i-PIN探測(cè)器作為校驗(yàn)探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量其電荷收集效率對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，表I是前置不同厚度的雜散電子過(guò)濾片時(shí)Si-PIN探測(cè)器對(duì)6tlCo y射線的響應(yīng)測(cè)量結(jié)果，其中7me為信號(hào)電流實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，Imth為假設(shè)載流子被完全收集時(shí)的信號(hào)電流理論計(jì)算值，當(dāng)聚乙烯雜散電子過(guò)濾片厚度小于4mm時(shí)，由于干擾信號(hào)的存在，輸出信號(hào)的測(cè)量值比計(jì)算值大，無(wú)法獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而聚乙烯雜散電子過(guò)濾片厚度取4mm以上值時(shí)，可以獲得nSi_PIN為100%，測(cè)量結(jié)果正確，表明設(shè)計(jì)的探測(cè)結(jié)構(gòu)正確可行。表I
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特征在于包括以下步驟 1]用雜散電子過(guò)濾片過(guò)濾Y/X射線與探測(cè)器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的雜散電子；所述雜散電子過(guò)濾片為低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料； 2]用電流型半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量從雜散電子過(guò)濾片穿出的電子束和Y/X射線，記錄電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流； 3]根據(jù)電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流和探測(cè)器的電流靈敏度計(jì)算確定Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特征在于 所述雜散電子過(guò)濾片的厚度是通過(guò)如下方式確定的調(diào)整雜散電子過(guò)濾片的厚度，直至探測(cè)器輸出的信號(hào)電流不再增加，進(jìn)入飽和區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特征在于 所述雜散電子過(guò)濾片的厚度是通過(guò)如下方式確定的通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量初步選擇能夠過(guò)濾外來(lái)雜散電子的雜散電子過(guò)濾片厚度，以Si-PIN探測(cè)器作為校驗(yàn)探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量Si-PIN探測(cè)器的電荷收集效率對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，最終確定雜散電子過(guò)濾片的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特征在于所述雜散電子過(guò)濾片為絕緣材料，所述絕緣材料包括聚乙烯或聚四氟乙烯或膠木。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法，其特征在于所述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器兩電極為歐姆接觸，其脈沖線性電流輸出大于300mA。
6.一種測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，包括工作在電流模式的半導(dǎo)體探測(cè)器(2)，其特征在于還包括緊貼半導(dǎo)體探測(cè)器(2)的前端面且完全覆蓋半導(dǎo)體探測(cè)器(2)靈敏區(qū)的雜散電子過(guò)濾片(I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括用于嵌入雜散電子過(guò)濾片(I)和電流型半導(dǎo)體探測(cè)器(2)的絕緣材料封裝外殼(3);所述封裝外殼(3)上設(shè)置有前后兩個(gè)準(zhǔn)直通道(4)，所述半導(dǎo)體探測(cè)器(2)位于兩個(gè)準(zhǔn)直通道⑷之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器(2)包括電流型Si-PIN探測(cè)器、電流型CZT探測(cè)器、電流型GaN探測(cè)器或電流型CVD金剛石薄膜探測(cè)器；所述雜散電子過(guò)濾片(I)為絕緣材料，所述絕緣材料為聚乙烯或聚四氟乙烯或膠木。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的測(cè)量Y/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電流型半導(dǎo)體探測(cè)器兩電極為歐姆接觸，其脈沖線性電流輸出大于300mA。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)量γ/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度的方法及電流型半導(dǎo)體探測(cè)結(jié)構(gòu)，有以下步驟1]用雜散電子過(guò)濾片過(guò)濾γ/X射線與探測(cè)器周圍物質(zhì)作用產(chǎn)生的雜散電子；所述雜散電子過(guò)濾片為低原子序數(shù)絕緣介質(zhì)材料；2]用電流型半導(dǎo)體探測(cè)器測(cè)量從雜散電子過(guò)濾片穿出的電子束和γ/X射線，記錄電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流；3]根據(jù)電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的輸出電流和探測(cè)器的電流靈敏度計(jì)算確定γ/X輻射場(chǎng)強(qiáng)度。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體探測(cè)器在電流工作模式下不能準(zhǔn)確刻度其輻射靈敏度，從而無(wú)法用于γ/X射線強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于電流型半導(dǎo)體探測(cè)器的探測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)γ/X輻射靈敏度的準(zhǔn)確刻度及輻射場(chǎng)強(qiáng)度的絕對(duì)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01T1/24GK102636804SQ20111003848
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)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(yáng)曉平, 譚新建, 雷嵐 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所