CdZnTe探测器性能的研究

CdZnTe核探测器性能测试研究

作者姓名：孙浩学号：201306020207指导教师：周建斌

摘要

本文主要研究基于平面CZT晶体开发的DT-01B系列探测器的能谱响应性能。通过改变多道能谱仪的参数偏置电压，脉冲成型时间等。以及对不同放射源的不同能谱响应情况做对比，来分析对CZT探测器性能造成影响的因素。本文还讲述了CZT晶体的基本性质以及发展历史；介绍了CZT平面探测器的制备流程；CZT 探测器的优缺点；以及CZT核辐射探测器的种类，国内外的研究现状，工作原理等。

关键词：核辐射探测器；CdZnTe晶体；CZT核探测器；半导体探测器；Abstract：This paper mainly studies the energy spectrum response of DT-01B series detectors based on planar CZT crystal development. By changing the parameters of the multi-channel spectrometer bias voltage, pulse molding time. As well as the different radioactive sources of different energy spectrum response to do the comparison, to analyze the CZT detector performance impact factors. This paper also introduces the basic properties and development history of CZT crystal. The preparation process of CZT planar detector, the advantages and disadvantages of CZT detector, the types of CZT nuclear radiation detectors, the research status at home and abroad, and the working principle are introduced.

Key words: nuclear radiation detector; CdZnTe crystal; CZTnuclear detector;Semiconductor detectors；

目录

CdZnTe核探测器性能测试研究 (1)

第一章前言 (3)

1.1引言 (3)

1.2核辐射探测器的发展 (3)

1.3 CdZnTe晶体材料 (5)

1.4 CZT探测器结构 (6)

1.4.1 MSM探测器 (7)

1.4.2共面栅探测器 (7)

1.4.3像素阵列探测器 (7)

1.5 CdZnTe平面探测器的制备工艺 (8)

1.5.1晶片表面处理 (8)

1.5.2电极制备 (9)

1.5.3钝化 (9)

1.5.4快速退火 (9)

1.6 CZT探测器的优缺点 (9)

1.6.1 CZT探测器的优点 (9)

1.6.2 CZT探测器的缺点 (10)

1.7 CZT探测器的研究现状 (10)

1.7.1 概述 (10)

1.7.2 国内外研究现状 (11)

1.7.3 CdZnTe探测器的发展及应用趋势 (12)

第二章实验原理 (14)

2.1 CdZnTe探测器的工作原理 (14)

2.1.1 γ射线与物质的相互作用........................................................ 错误！未定义书签。

2.2 CdZnTe 探测器中的噪声来源 (15)

2.3本课题的研究意义与内容 (17)

第三章CZT探测器的性能测试研究 (18)

3.1引言 (18)

3.2系统结构与工作流程 (18)

3.3 实验所用CZT探头 (19)

3.4不同偏置电压下CZT探测器的能量分辨率 (20)

3.5不同的脉冲成型时间对CZT探测器能谱响应的影响 (23)

结论 (27)

致谢 (28)

参考文献 (29)

第一章前言

1.1引言

碲锌镉(CdZnTe，简称 CZT)以其高的原子序数、宽的禁带和高密度(有效原子序数 50、密度 5.81 g/cm 3 ，Eg1.6 ev)的特点，成为了国际上备受关注的半导体探测器材料，CdZnTe探测器能够在室温条件工作且拥有较高的探测效率，能量探测范围为 10 keV～6 MeV，没有极化现象。具有体积小，重量轻，携带方便等优点，而且使用起来很方便。CZT 半导体探测器与传统的NaI闪烁体探测器相比,具有更好的能量分辨率。用CdZnTe晶体制造的核辐射探测器省去了对设备制冷的繁琐步骤。而且,CdZnTe核探测器可以比较容易的加工成像素阵列探测器,然后与脉冲信号放大电路，信号数据处理软件结合,可以做成紧凑型的具有效率高、分辨率高特性的射线成像装置。可广泛用于 X 射线荧光分析、核废料监控、机场与港口安全检测、工业探伤、医学诊断、天体物理研究等方面,具有十分广阔的应用前景。还可以应用物质成分分析、液体高度监测、镀层厚度测量等检测设备中。目前，美国、以色列、俄罗斯、法国、中国等都投入了大量的科研人员开展对CdZnTe材料和CdZnTe探测器的研究工作。但是就目前而言CdZnTe晶体的质量还有待提高，而且探测器的制备工艺还不是特别成熟等因素，使得目前的探测器性能不能再提升或者提升的范围不大。还有一些其它因素诸如其它器件的制备工艺等等都使得CdZnTe探测器还没得到更加广泛的应用。

1.2核辐射探测器的发展

核辐射探测器主要分为气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器、辐射成像探测器、AlSb（锑化铝）和超导体核辐射探测器几种。

气体探测器是在19世纪末20世纪初最早被使用的一种探测器，最早使用的是空气电离室，在早期的核科学与技术、核物理研究中起到了十分重要的作用。到20世纪60年代末期出现了许多的气体核辐射探测器，比如盖革计数管。虽然目前气体探测器在很多领域内被半导体探测器所替代。但是它具有结构简单、使