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1、第34卷第6期核電子學與探測技術Vo1．34No．62014年6月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJune．2014平面型碲鋅鎘(CZT)室溫探測器的噪聲和性能徐慧超，龔培榮(1．上海交通大學上海200240；2．中國科學院上海應用物理研究所，上海201800)摘要：CdZnTe(CZT)探測器是近年來迅速發(fā)展的新型半導體探測器，具有體積小、分辨率高、可在室溫下工作等優(yōu)點。論文通過分析探測器的噪聲組成，并經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)分析，證明了影響探測器性能的主要因素是探測器晶體內電荷收集不完全，并為探測儀器設計時的成形時間
2、選擇提供了參考。關鍵詞：CdZnTe(CZT)探測器；噪聲；能譜分析中圖分類號：TL814文獻標志碼：A文章編號：0258-0934(2014)06-0784-04在X、射線探測領域，許多材料被用來制由于CZT屬于半絕緣體，因此制成的探測器為作探測器。自上世紀七十年代以來，許多研究無結的勻質電導型器件。借用反向偏置的二極機構都在努力探尋高原子序數(shù)、高密度和寬禁管中噪聲分析的理論，該探測器中存在著3種帶的化合物半導體或半絕緣體材料¨J，其中噪聲源。并聯(lián)電阻尺P的熱噪聲，串聯(lián)電阻RJs最受關注的是CdTe晶體和CdZnTe(也稱CZT)的熱噪聲，以及探測器
3、漏電流，的散粒噪聲。晶體J。其中CZT晶體因為比CdTe晶體禁帶RP是耗盡層或補償層的電阻，尺S是探測器非更寬，所以有更高的電阻率、室溫運用漏電流更靈敏區(qū)的材料體電阻與引線電阻之和。通常小、能量分辨率更高，因而更受青睞。即比前置放大器或探測器的偏置電阻大很多，本文通過分析CZT探測器的噪聲組成，并因此其熱噪聲可以忽略，串聯(lián)電阻尺s雖然比經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)分析，證實了影響探測器性能的尺P的影響大，但是，對于性能優(yōu)良的探測器來主要因素是探測器晶體內電荷收集不完全，并說“死區(qū)”很薄也可以忽略。為儀器探測時的成形時間選擇提供了參考。勻質型半導體探測器的漏電流主要由兩
4、部分組成。一種是高電場區(qū)周圍產(chǎn)生的漏電流，1CdZnTe探測器中的噪聲來源如半導體表面吸附原子后形成的表面電荷會引平面型CZT探測器就是在CZT晶體兩個起漏電流，這種電流產(chǎn)生顯著的低頻噪聲。另相對的平行平面上制備2個金屬電極，電極覆一種是靈敏區(qū)內因熱激發(fā)產(chǎn)生的電子一空穴對蓋整個平面，形成固體電離室，入射粒子在晶體所造成的反向電流J。我們采用表面保護，內耗損能量，激發(fā)產(chǎn)生電荷使晶體具有電導性。使第一種漏電流大大降低，這樣探測器的主要噪聲源就是靈敏區(qū)內的漏電流。我們測得不同溫度下探測器的漏電流與反向偏壓的關系見圖收稿日期：2014—04—181【基金項目：
5、國家自然科學基金的聯(lián)合基金項目，可見在沒有冷卻的條件下，探測器的漏電(U1232115)資助。流也能達到nA量級。作者簡介：徐慧超(1978一)，女，工程師，在讀碩士研CZT探測系統(tǒng)的輸入量是能量，所以系統(tǒng)究生，主要從事半導體核輻射探測器的研制和同步噪聲可表示為等效噪聲能量。輻射光束位置測量工作。ENE=(QVn／eVo^，)×W(1)784溫度、主放的成形時間等因素)有關。工藝中應盡可能降低探測器的漏電流和減少探測器的電容，在使用中可通過降低工作溫度來降低探測器的漏電流和FET的噪聲，通過選擇主放的成形時間來提高電子學系統(tǒng)的信噪比。這里的△系統(tǒng)就是圖
6、2中的FWHM系統(tǒng)，在實驗中可以用精密脈沖發(fā)生器代替放射源作為輸入信號測得的總能量分辨率FWHM來估算FWHM系統(tǒng)。△完全收集與cdZnTe單晶材料有密切的關(探測器尺寸10mm×10mm×2ram)系，主要是由材料中的載流子的漂移特性下圖1不同溫度下探測器的漏電流與反(e)和T(h)來決定的J。向偏壓的關系式中：Q為輸人信號的電荷量，與人射粒子2探測器幾何形狀對能量分辨率的影的能量E成正比；W為平均電離能；輸出電響壓噪聲均方根值；為輸出電壓信號幅度。我們采用實際測量能譜的方式來評價探測ENE與FWHM系統(tǒng)的關系見圖2。器的噪聲和性能，測量系統(tǒng)采用直流
7、耦合前置相對計數(shù)放大器，將探測器的陽極與前放輸入端場效應1．OO管的門極相連，在探測器的陰極上加負高壓。前置放大器輸出的信號通過主放大器和模／數(shù)O．6l轉換器(ADC)輸人到多道分析器(MCA)，如圖0．5O3，最終將入射射線的能譜顯示在電腦屏幕t：9。。O探測部分割電．1成子形麗學電部路分f圖2高斯形噪聲能譜的線寬FWHM統(tǒng)多道脈沖由于能量色散型探測器最終的目標就是能分析器在最小的程度上區(qū)分出相鄰的能量差，因此在軟件部分———核輻射探測時通常用能量分辨(FWHM)來表岡I顯示}_婺征探測器的性能。—．{譜分CZT探測器的能量分辨可用下式表示-4J：F
8、刪=(△征+△統(tǒng)+△完全收集)／2(2)圖3CZT探測器系統(tǒng)構成框圖圖4是由10mln×10m
