CdZnTe像素阵列探测器成像评价模型及实验

考虑载流子陷获效应建立了碲锌镉(CdZnTe)像素阵列探测器感应电荷分布模型,并从非平衡载流子连续方程出发,推导了晶体内部陷获载流子数密度分布,得到了CdZnTe探测器成像调制传递函数评价模型。数值计算结果表明:随入射光子能量的增加,探测器成像质量明显下降;当电子载流子与空穴载流子迁移寿命积范围分别为0.510-3 to 5.010-3 cm2/V,2.010-5 to 7.510-5 cm2/V时,电子载流子感应信号是探测器响应信号的主要来源,而空穴迁移寿命积变化对探测器成像性能的影响有限,所建立模型的载流子收集特性与实际探测器载流子收集特性相符。搭建了40 mm40 mm的CdZnTe成像探测系统,探测并获得了系统预采样调制传递函数。实验结果表明:模型理论值与实验数据相符合,实际CdZnTe晶体中存在的固有深能级缺陷、实验所采用的非单色性X射线源及较大的实际像素间隙是造成理论值与实验结果存在一定偏差的主要原因。     

CdZnTe核探测器的蒙特卡罗模拟的初步研究

以CdZnTe核探测器的工作原理为依据,探测器内反应的随机性和反应产生的电子空穴对数目的统计规律为物理模型,应用Visual C + + 自行编制了蒙特卡罗模拟软件.模拟了γ射线在CdZnTe探测器中的响应能谱,并将模拟结果与实际器件的测试结果进行了比较讨论.模拟能谱与实际测得的能谱的主峰符合较好.此外,通过分析⁵⁷Co源辐照下探测效率与器件厚度的关系,可以推测探测效率达到最大时所对应CdZnTe探测器的理想厚度     

CdZnTe像素探测器的电输运性能

碲锌镉(CdZnTe)是一种性能优异的室温核辐射半导体探测器材料,广泛应用于核安全、核医学以及空间科学等领域.然而,传统的CdZnTe平面探测器受制于"空穴拖尾"效应的影响,探测性能有待改善.采用改进的垂直布里奇曼法生长的In掺杂Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te单晶制备出单载流子收集的4×4像素阵列探测器,通过电流-电压(I-V)测试和γ射线能谱响应测试,研究了像素探测器的电学性能和载流子电输运性能,随之与相应的CdZnTe平面探测器进行了性能对比.结果表明,CdZnTe像素探测器的电阻率约为1.73×10~(10)?·cm,且施加100 V偏压后单像素点的最大漏电流小于2.2 nA;当施加偏压升高至300 V时,单像素点对~(241)Am@59.5 keV的γ射线的最佳能量分辨率可达5.78%,探测性能优于相同条件下制备的CdZnTe平面探测器.     

公共格栅像素CdZnTe探测器的能谱特性

使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的4×4公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真,研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明:由于小像素效应较弱,较大的像素不能有效消除"空穴拖尾",能谱特性较差;由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失,较小的像素能谱特性也较差。在像素宽度为0.8 mm时,得到了对662keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65。适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动,促进电荷的完全收集,改善探测器的能谱特性。过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加,探测器的能谱特性也会恶化。在像素宽度为0.8mm时最佳偏压为-60V。     

用于反应堆中子/γ 射线混合场测量的涂硼电离室性能

近年来,涂硼电离室已逐渐成为核反应堆周围大通量中子/γ射线混合场监测的辐射探测器之一. 研制了一种高灵敏度涂硼电离室,并给出了其内部结构.用fA级弱电流放大器测得: 当涂硼电离室的工作电压在700 V以下时,漏电流小于1.0 pA; 用Am-Be中子源辐照时测得涂硼电离室的电流曲线坪长为500 V, 坪斜为3.72×10^-4 V^-1;当涂硼电离室的工作电压为400 V时, 对应漏电流为0.4 pA.测试表明涂硼电离室中子信号电流与辐照源的相对位置有关, 将Am-Be中子源置于距石蜡慢化体底部8 cm时,测得中子信号电流最大值为2.0 pA. 用¹³⁷Cs和⁹⁰Sr辐照时测得涂硼电离室γ射线信号电流为 1.0---2.0 pA,但在γ射线场中坪特性不如中子场中坪特性明显. 电离室中子探测灵敏度达1.0×10^-15 Acm²s量级, γ射线探测灵敏度达9.0× 10^-22 Acm²s·eV^-1量级. 这种涂硼电离室漏电流小、灵 敏度高、坪特性好,可用于反应堆周围的中子/γ射线混合场测量.     

用于质子和伽马射线探测的金刚石薄膜探测器的辐照性能

 研制出CVD金刚石薄膜探测器,在国家串列加速器和⁶⁰Co稳态辐射源上分别完成了该探测器对9 MeV质子束流和1.25 MeV γ射线的辐照性能研究。结果表明:该探测器在9 MeV质子照射累积强度达到10¹³ cm^-2时,探测器信号电荷收集效率减小量低于3.5%,辐照前后探测器暗电流没有明显变化。计算得到9 MeV质子对该探测器的损伤系数为1.3×10^-16 μm^-1·cm²。由于γ射线与金刚石作用产生的电子起到了填补缺陷的作用,探测器信号电荷收集效率随γ射线照射剂量的增加略有增加,在γ射线累积照射量达到10.32 C/kg时,其增幅小于0.7%。说明金刚石薄膜探测器具有较高耐辐照强度,适用于高强度辐射测量领域。     

波段外激光辐照光导型InSb探测器的一种新现象

利用不同功率密度的10.6 μm(光子能量为0.12 eV)连续激光辐照了禁带宽度为0.228 eV的光导型锑化铟探测器, 得到了与以往报道不同的实验现象. 当10.6 μm波段外激光辐照光导型探测器时, 探测器吸收激光能量后温度升高. 在探测器的温升过程中, 存在一个转变温度T₀. 当探测器的温度T<T₀时, 载流子浓度基本不变, 迁移率随温度的升高呈T^-2.35趋势下降, 引起探测器的电导率减小, 电阻增大, 响应输出电压升高; 当T>T₀时, 热激发载流子浓度随温度的升高呈指数增长, 电阻急剧下降, 超过了载流子迁移率降低对电阻的影响, 响应输出急剧下降. 光电导探测器在较高功率密度波段外激光辐照下的响应特性是载流子的浓度和迁移率在温度影响下相互作用的结果. 这对进一步完善半导体内载流子输运模型提供了实验依据.     

基于CdZnTe像素阵列探测技术的伽玛源成像

根据高能射线针孔成像理论,采用CdZnTe像素阵列探测器建立了直接成像探测模式的伽玛源针孔探测系统。测试分析了CdZnTe像素阵列探测器的能量分辨力及峰值效率,讨论研究了针孔成像探测系统的调制传递函数和附加噪声特性,测试获得直径5mm137Cs源的探测图像,采用Lucy-Richardson迭代算法得到了137Cs源的复原图像。实验结果表明:CdZnTe探测器对662keV137Cs源的能量分辨力为6.25%～7.50%,峰值效率65.0%～72.5%;成像系统探测图像存在一定扩散现象,所采用的Lucy-Richardson迭代复原算法能较好地修正图像扩散,提高探测图像中心区域细节分辨力;估算所得137Cs源尺寸误差约0.5mm,所建立的CdZnTe针孔成像探测系统能有效得到小尺寸伽玛源的辐照强度分布及尺寸信息。     

新型MSM结构砷化镓半导体探测器的性能

研究一种新型双金属接触GaAs半导体探测器的性能,测量了²⁴¹Am 5.48MeVα粒子、⁵⁷Co 122keV的光子和⁹⁰Sr 2.27MeVβ粒子的最小电离粒子谱,比较了一个3×3mm²的GaAs芯片在经过¹³⁷Cs 662keV光子约1300rad辐照前后的电荷收集效率和能量分辨率.测量结果显示这种新型金属─半导体─金属(MSM)结构的半导体探测器不仅在室温下对各种粒子具有良好的探测能力,而且具有很好的抗辐照性能.     

国产高Z闪烁晶体的辐照损伤研究

在总强度为10⁵Ci^的60Co γ射线辐照装置上开展了国产高Z闪烁晶体的辐照损伤研究.在5×10³—7.5×10⁵rad剂量范围内测量了小尺寸BGO晶体样品的辐照损伤效应,观察到损伤随剂量增加逐渐趋于饱和的现象;辐照损伤的自然恢复过程可用三组时间常数表征的指数函数描述.在5×10⁵rad剂量下,考察了BaF₂,CsI(Tl)以及ZnWO₄晶体小尺寸样品的辐照损伤效应.发现了BaF₂的严重损伤情况,初步分析原因可能是晶体中某些微量杂质的存在.     

Investigation of the Imaging Polarization Effect Based on a Pixellated CdZnTe Detector

A pixel array CdZnTe imaging system, employing a 40 × 40× 5 mm^3 pixellated CdZnTe detector, is established. The imaging polarization effect in the CdZnTe pixellated detector for a collimated CS137 Gamma source is investigated in detail. The experimental results for different irradiated fluxes indicate that excessive irradiated flux indeed causes central pixels to be shut off completely. The imaging performance of the polarized detector is severely degraded. Polarized detector counts are simultaneously reduced to one-third of the non-polarized detector counts. A theoretical model of potential distribution is also proposed by solving the Poisson equation and, in turn, the electric potential distortion for high irradiated flux is discussed by comparison with the experimental results.     

Intensifying process of polarization effect within pixellated CdZnTe detectors for X-ray imaging

The intensifying process of polarization effect at room temperature in a pixellated Cadmium zinc telluride (CdZnTe) monolithic detector is studied. The process is attributed to the increase in build up space charges in the CdZnTe crystal, which causes an expansion of the space charge region under the irradiated area. The simulations of electric potential distributions indicate that the distorted electric potential due to the high X-ray flux is significantly changed and even deteriorated due to increasing space charges within the irradiated volume. An agreement between the space charge distribution and electric potential is discussed.     

不同厚度像素CdZnTe探测器的性能测试和评估

碲锌镉材料(CdZnTe)是目前探测X射线和γ射线的最好材料之一。将241 Am和137 Cs辐射源作用于像素CdZnTe探测器,通过实验和仿真分别得到能量谱估计、能量分辨率和峰值效率。由实验和仿真结果得出:在662keV的高能量下,厚度较大的CdZnTe探测器可获得更高的能量分辨率和峰值效率,但在59.5keV低能处会出现拖尾升高和电荷损失的现象;厚度较薄的探测器在低能处的特性反而更好。     

高剂量X射线辐照下碲锌镉探测器的深度极化效应

采用双向辐照的方法研究了碲锌镉晶体中的深度极化效应,实验结果表明,深度极化效应与直接辐照的X射线剂量无关。通过对晶体内电场分布的模拟,进一步分析了深度极化的形成机制,认为深度极化效应与极化效应一样,都是由于高浓度的堆积电荷使得晶体内电势畸变从而阳极不能收集信号,但它与通常极化效应有所不同,造成这种极化的高浓度空间电荷是从更高浓度的空间电荷区扩散而来的,发生深度极化的区域本身并没有受到X射线的强烈辐照。     

叠层碲锌镉探测器制备及γ能谱特性测试

实验制备了单层和叠层(双层)碲锌镉探测器,并利用241Am@59.54 keV和57Co@122 keV γ射线源测试了其γ能谱特性。相比单层探测器,对于较高能量的57Co@122 keV γ射线,叠层碲锌镉探测器表现出较高的探测效率和光峰值效率,较好地改善了康普顿连续统一体,表现出与整块等厚度碲锌镉探测器类似的性能;但光生载流子收集效率变差,能谱峰位向低道区偏移;能量分辨率未得到改善。实验初步表明,通过叠加方法制备叠层碲锌镉探测器是可行的,并可推断制备更大厚度的叠层探测器将有利于中高能γ射线能谱测量。     

双层并联碲锌镉探测器制备及性能测试

实验采用并联方法制备了叠层(双层)碲锌镉探测器,并利用241Am@59.54 keV和57Co@122 keV γ射线源测试了其γ能谱特性。相比单层探测器,对于较高能量的57Co@122 keV γ射线,叠层碲锌镉探测器表现出较高的探测效率和光峰值效率,较好地改善了康普顿连续统一体。叠层CZT探测器较之单层探测器,能谱分辨率发生轻微恶化。实验初步表明,通过并联叠加方法制备叠层碲锌镉探测器是可行的,并可推断制备更大厚度的叠层探测器将有利于中高能γ射线能谱测量。