本發(fā)明涉及高能射線探測，尤其是一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器及制備方法。

背景技術(shù)：

1、在高能射線探測領(lǐng)域，探測器負(fù)責(zé)將高能射線轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號：電子空穴對，提供給后續(xù)的讀出電路進(jìn)行測量和處理，以獲得高能射線的能量、時間等信息。目前，應(yīng)用最廣泛的高能射線探測器方案是基于間接檢測原理實現(xiàn)的，即將高能射線首先轉(zhuǎn)化為可見光，然后通過可見光探測器進(jìn)行探測，中間有兩次轉(zhuǎn)換過程。多次轉(zhuǎn)換會使原始實現(xiàn)的信噪比有所損失，在檢測弱信號時有一定的局限性。

2、探測面積是探測器件的一個重要參數(shù)，決定了探測器的視野范圍。增加探測器面積可接受更多的信號，但同時也會導(dǎo)致暗電流和結(jié)電容增加。探測器的面積和電容成正比，即器件尺寸越大，rc頻率越低，器件截止頻率越小，因此器件的探測面積和響應(yīng)頻率是一對矛盾的參數(shù)，也是制約探測器向高速發(fā)展的主要因素。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明人針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器及制備方法，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，包括閃爍體、傳輸層、光子晶體微結(jié)構(gòu)以及光探測單元，其中，

3、所述閃爍體位于光子晶體微結(jié)構(gòu)上方，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)設(shè)置于傳輸層上，所述傳輸層設(shè)置于光探測單元上；

4、所述閃爍體吸收入射粒子并產(chǎn)生入射至光子晶體微結(jié)構(gòu)的光信號，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)將光信號聚焦并通過傳輸層傳輸至光探測單元的探測區(qū)域內(nèi)，所述光探測單元將所接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

5、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為陣列結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)；

6、所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為陣列結(jié)構(gòu)時，包括若干按第一預(yù)設(shè)周期分布于傳輸層上的柱狀體，所述柱狀體的水平截面呈圓形、矩形或正多邊形；

7、所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)時，包括若干按第二預(yù)設(shè)周期同心分布于傳輸層上的環(huán)狀體，所述環(huán)狀體呈圓環(huán)形或橢圓環(huán)形。

8、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為陣列結(jié)構(gòu)時，在光子晶體微結(jié)構(gòu)的剖面上，光子晶體微結(jié)構(gòu)的占空比自光子晶體微結(jié)構(gòu)的中心向邊緣依次減??；

9、所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)時，在光子晶體微結(jié)構(gòu)的中心剖面上，光子晶體微結(jié)構(gòu)的占空比自光子晶體微結(jié)構(gòu)的中心向邊緣依次減小。

10、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，相鄰的柱狀體及環(huán)狀體之間填充有用于提高光子晶體微結(jié)構(gòu)支撐性的透明介質(zhì)，所述第一預(yù)設(shè)周期及第二預(yù)設(shè)周期根據(jù)閃爍體熒光波長確定。

11、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述傳輸層的厚度與光子晶體微結(jié)構(gòu)的焦距相適配，且所述傳輸層的折射率與光子晶體微結(jié)構(gòu)的折射率不同。

12、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，還包括用于防止入射粒子進(jìn)入光子晶體微結(jié)構(gòu)的透明金屬層，所述透明金屬層制備于光子晶體微結(jié)構(gòu)上，所述透明金屬層的材料包括金、銀、氧化銦錫或氧化鋯。

13、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述光探測單元包括襯底以及高反膜，所述襯底具有正面以及與正面相對應(yīng)的背面，所述高反膜設(shè)置于襯底的背面；

14、所述高反膜包括若干層堆疊的復(fù)合膜，所述復(fù)合膜至少上下堆疊的第一折射膜以及第二折射膜，所述第一折射膜堆疊于第二折射膜上，且所述第一折射膜的折射率小于所述第二折射膜的折射率；

15、所述第一折射膜與第二折射膜的膜厚為閃爍體熒光峰值波長的四分之一的倍數(shù)。

16、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述光探測單元還包括n型摻雜區(qū)、p型摻雜區(qū)、介質(zhì)層以及金屬層，所述金屬層包括第一電極金屬以及第二電極金屬，其中，

17、所述n型摻雜區(qū)以及p型摻雜區(qū)設(shè)置于襯底內(nèi)且通過襯底隔離，所述介質(zhì)層制備于襯底正面，所述第一電極金屬與第二電極金屬支撐于介質(zhì)層上，且第一電極金屬與第二電極金屬之間相間隔；

18、所述第一電極金屬與p型摻雜區(qū)歐姆接觸，所述第二電極金屬與n型摻雜區(qū)歐姆接觸。

19、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述金屬層上制備有鈍化層，所述鈍化層設(shè)置有第一引出孔以及第二引出孔，所述第一引出孔位于第一電極金屬上方，所述第二引出孔位于第二電極金屬上方。

20、一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器的制備方法，用于制備上述具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，所述制備方法包括：

21、制備光探測單元，在光探測單元上制備得到傳輸層，并在傳輸層上制備得到光子晶體微結(jié)構(gòu)以及閃爍體，所述閃爍體位于光子晶體微結(jié)構(gòu)上方；

22、所述閃爍體吸收入射粒子并產(chǎn)生入射至光子晶體微結(jié)構(gòu)的光信號，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)將光信號聚焦并通過傳輸層傳輸至光探測單元的探測區(qū)域內(nèi)，所述光探測單元將所接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

23、本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

24、本發(fā)明在閃爍體和光探測單元之間設(shè)置了光子晶體微結(jié)構(gòu)，提高了光探測單元的視場角，大幅度提高了閃爍體熒光進(jìn)入光探測單元的效率，從而提高了探測器的靈敏度和信噪比。在增大探測面積的情況下不增加探測器的電容，因此擁有較高的響應(yīng)頻率，具備高速優(yōu)勢。

25、本發(fā)明還在光子晶體微結(jié)構(gòu)上方設(shè)置透明金屬層，可以屏蔽穿透閃爍體的高能粒子，減少閃爍體下方結(jié)構(gòu)受到的輻射損傷，使探測器性能不易出現(xiàn)退化，延長探測器的使用壽命。同時，本發(fā)明在襯底背面設(shè)置高反膜，可以使進(jìn)入襯底的光信號經(jīng)過反射實現(xiàn)內(nèi)部倍增，提高探測器的靈敏度，實現(xiàn)弱信號的探測。

技術(shù)特征：

1.一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，包括閃爍體、傳輸層、光子晶體微結(jié)構(gòu)以及光探測單元，其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為陣列結(jié)構(gòu)或環(huán)狀結(jié)構(gòu)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)為陣列結(jié)構(gòu)時，在光子晶體微結(jié)構(gòu)的剖面上，光子晶體微結(jié)構(gòu)的占空比自光子晶體微結(jié)構(gòu)的中心向邊緣依次減??；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，相鄰的柱狀體及環(huán)狀體之間填充有用于提高光子晶體微結(jié)構(gòu)支撐性的透明介質(zhì)，所述第一預(yù)設(shè)周期及第二預(yù)設(shè)周期根據(jù)閃爍體熒光波長確定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述傳輸層的厚度與光子晶體微結(jié)構(gòu)的焦距相適配，且所述傳輸層的折射率與光子晶體微結(jié)構(gòu)的折射率不同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，還包括用于防止入射粒子進(jìn)入光子晶體微結(jié)構(gòu)的透明金屬層，所述透明金屬層制備于光子晶體微結(jié)構(gòu)上，所述透明金屬層的材料包括金、銀、氧化銦錫或氧化鋯。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述光探測單元包括襯底以及高反膜，所述襯底具有正面以及與正面相對應(yīng)的背面，所述高反膜設(shè)置于襯底的背面；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述光探測單元還包括n型摻雜區(qū)、p型摻雜區(qū)、介質(zhì)層以及金屬層，所述金屬層包括第一電極金屬以及第二電極金屬，其中，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，其特征在于，所述金屬層上制備有鈍化層，所述鈍化層設(shè)置有第一引出孔以及第二引出孔，所述第一引出孔位于第一電極金屬上方，所述第二引出孔位于第二電極金屬上方。

10.一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器的制備方法，其特征在于，用于制備權(quán)利要求1至權(quán)利要求9任一項所述的具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器，所述制備方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有光子晶體微結(jié)構(gòu)的閃爍體探測器及制備方法，涉及高能射線探測領(lǐng)域，所述閃爍體探測器包括閃爍體、傳輸層、光子晶體微結(jié)構(gòu)以及光探測單元，其中，所述閃爍體位于光子晶體微結(jié)構(gòu)上方，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)設(shè)置于傳輸層上，所述傳輸層設(shè)置于光探測單元上；所述閃爍體吸收入射粒子并產(chǎn)生入射至光子晶體微結(jié)構(gòu)的光信號，所述光子晶體微結(jié)構(gòu)將光信號聚焦并通過傳輸層傳輸至光探測單元的探測區(qū)域內(nèi)，所述光探測單元將所接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。該閃爍體探測器利用光子晶體微結(jié)構(gòu)提高了其中光探測單元的視場角，大幅度提高了閃爍體熒光進(jìn)入光探測單元的效率，從而提高了閃爍體探測器的靈敏度和信噪比。

技術(shù)研發(fā)人員：胡霄,周鳴昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無錫鑒微華芯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2