X射线探测器的研究现状与展望

X射线影像设备广泛应用于医疗健康、工业无损探测等领域。当X射线穿过不同密度和厚度的人体组织或者工件时,X射线被吸收的程度不同,人们通过X射线强度的变化及分布情况可以诊断一些肉眼不可见的疾病或者检测工件内部各种宏观或微观缺陷的性质、大小及分布。近年来,如何设计空间分辨率更高、X射线使用剂量更低、成本更低的X射线影像设备是各大X射线影像设备公司以及本领域科研人员的研究目标。文章主要从X射线探测器的结构和材料角度出发,回顾了X射线探测器的发展,讨论了不同探测材料对于X射线的吸收以及探测性能,最后展望了X射线探测器的未来发展方向。     

X射线脉冲星导航探测器性能研究

为研究用于X射线脉冲星导航的探测系统性能,推导了在光子计数模式下探测系统的信噪比和最小可探测功率的关系表达式,并搭建测量信噪比和最小可探测功率的实验装置.测量了系统的最小可探测功率以及在不同光功率、不同累积时间和不同阈值电压条件下探测系统的信噪比.通过对X射线光子到达时间的测量,构造了X射线脉冲累积轮廓.实验表明:随着光功率和累积时间的增加,累积脉冲轮廓的信噪比提高,累积脉冲轮廓趋于光滑;当阈值电压为-150mV时,信噪比为26.3,累积脉冲轮廓最优;系统的最小可探测功率为3.5×10-16W.     

杂化X射线探测器的优势与进展（英文）

占主导地位的X射线探测器主要分为直接半导体型X射线探测器和间接闪烁体型X射线探测器。近年来,杂化X射线探测器通过结合半导体和闪烁体材料的优势而出现。作为活性层的混合半导体和闪烁体导致了不同的工作机制。两相之间电荷/能量转移可以避免闪烁体的余辉效应。并且闪烁体的存在也优化了半导体材料的性能。本文总结了杂化X射线探测器的机制、进展和协同效应,以突出杂化X射线探测器的优势。根据不同的工作机制和各自的特点,我们详细讨论了三种类型的杂化X射线探测器。最后,我们对杂化X射线探测器存在的局限性和未来的发展方向进行了展望。     

X射线偏振探测器中的极化光电过程模拟

采用蒙特卡罗程序Geant4模拟2～10 keV线偏振X射线光子在几种常用工作气体中的极化光电过程,明确了光电子出射位置、方位角分布与入射光子偏振方向、能量之间的响应关系。光电子的出射方向在入射光子偏振方向上的分布概率最高,且出射光电子的方位角分布可近似为余弦平方函数。光子能量增大时,各角度光电子计数不同程度地减少,但都呈现出在方位角为0或π（-π）时有极大值的统计规律。此外,揭示并量化了气体厚度、气体组成、气体体积分数之比和光子能量对探测效率的影响规律。气体厚度越大、平均原子序数越大,则探测效率越高。光子能量增大会导致探测效率降低,而对于由Xe或Ar组成的工作气体,当光子能量大于某壳层电子结合能时,由于相应壳层电子开始被弹射出,探测效率会有一定程度的提高。这些结果可为X射线偏振探测器的结构设计提供理论依据和数据支持。     

半晶聚乙烯形变机制X射线线形分析

聚乙烯薄膜在室温下进行单轴拉伸,对不同形变阶段试样进行X射线线形分析,结果表明:在屈服前的弹性区和屈服后的应力增加区微观应变(畸变)明显增加,而微晶尺寸变化不大,而在塑性流变恒应力平台区中,微晶尺寸急剧下降,微观应变变化很小。 关键词：     

基于高阻ZnO薄膜的光电导型紫外探测器

本文通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积一层ZnO薄膜, 制备了Al-ZnO-Al 结构光电导型紫外探测器件, 并在室温下测试了所制备器件的暗场特性及其对紫外线的响应特性. 暗场条件下器件电流特性测试结果表明所制备的ZnO薄膜电阻率达到了3.71×10⁹ Ω · cm, 是一种高阻薄膜. 在波长365 nm, 光强303 μW/cm²的紫外线照射下, 薄膜的电阻率为7.20×10⁶ Ω · cm, 探测器明暗电流比达到了516. 40 V偏置电压条件下周期性开关紫外线照时, 探测器的上升和下降时间分别为199 ms和217 ms, 响应速度快且重复性好, 并利用ZnO半导体表面复合慢过程和体复合快过程对瞬态响应过程进行了理论拟合分析. 本文研究结果表明, 高阻ZnO薄膜紫外探测器具有良好的紫外光电响应特性.     

新型CZT半导体X射线和g射线探测器研制与应用展望

CdZnTe(CZT)半导体是一种性能优异的室温X射线和γ射线探测材料,在环境监测、医学诊断、工业无损检测、安全检查、空间科学等众多领域有广泛的应用前景。文章简要介绍了CZT探测器的基本工作原理和性能评价指标,阐述了CZT晶体物理性能对CZT探测器性能的影响规律和CZT探测器的模拟与设计方法。CZT半导体探测器的应用与发展前景广阔,为此需要重点开展高质量、低成本的CZT晶体生长研究,CZT探测器的设计与制备以及辐射探测整机系统的设计与开发。     

一种新型二维X射线探测器

本文建立一种新型X射线探测器,它是一种矩阵寻址方式的二维探测器,由两块玻璃基板组成,分别称作阴极板和阳极板,阴极板内侧镀有行电极和X射线阴级（例如CsI),阳极板上有寻址电极,障壁,两块基板对位封接,使行电要与寻址电极互相垂直,封接后先抽高真空,然后充入氩气与CO2混合气体,本探测器具有薄,轻,图象无畸变并可以利用PDP显示器件的工艺制作大尺寸器件及大量制造等优点。     

The ultraviolet photoconductive detector based on Al-doped ZnO thin film with fast response

We report fabrication and characterization of metal-semiconductor-metal photoconductive detectors based on Al-doped ZnO thin films fabricated by radio frequency magnetron sputtering.Optical and structural properties of the thin films were characterized using various techniques.At 6 V bias,a responsivity higher than 4 A/W in the wavelength shorter than 350 nm was obtained,and this responsibility dropped quickly and reached the noise floor in the visible region.Transient response measurement revealed that the...     

X-ray analysis of ZnO nanorods grown by microwave irradiation heating on ZnO films

Utilizing microwave irradiation heating, 100-nm-diameter ZnO nanorods were grown from aqueous solution on sputtered ZnO films on glass substrates. Its out-of-plane X-ray diffraction (XRD) measurement indicated that the ZnO nanorods were grown with c-axis orientation, similar with the underlying ZnO films. In the in-plane XRD measurement, intensity of the () diffraction was comparable with that of the () one, suggesting their intensity ratio would contain useful information on nanorods density.     

锡催化剂助生长法制备孪晶ZnO纳米线及其结构表征

用SnO和Zn的均匀混合物在高温下共烧通过VLS机制制备出孪晶ZnO纳米线的均匀结构。SEM图像显示孪晶ZnO纳米线的直径在100~200nm之间,长度在几十微米到几百微米之间的范围内,有的甚至达到了毫米级,产率也非常的高。TEM图像中ZnO孪晶纳米线顶端的金属Sn颗粒表明了孪晶结构的Sn催化生长。高分辨电子图谱显示了氧化锌纳米线孪晶结构的特征。电子衍射分析发现孪晶氧化锌的晶带轴的方向是[0110],孪晶面为(1013),并且通过明场像和暗场像分析了孪晶纳米线的晶格关系,确定了孪晶纳米线的汽-液-固(VLS)生长机制。     

ZnO纳米线的制备

利用磁控溅射技术在Si衬底上沉积的锌膜进行热氧化后,得到一维ZnO纳米线。     

富锌条件下生长氮掺杂氧化锌薄膜的光学和电学性质

报道了采用等离子体辅助分子束外延方法(P-MBE),利用NO作为N源和O源,在c-面蓝宝石(c-Al₂O₃)衬底上外延生长了N掺杂ZnO薄膜。X射线衍射谱(XRD)和吸收谱中都出现了不同于未掺杂样品的特性,X射线光电子谱(XPS)中也发现了N的受主信号。但是在霍尔效应(Hall-effect)测量中,发现该样品并没有出现预期的p型导电特性,而是出现载流子浓度很高(2.15×10²⁰cm^-3)的n型导电特性。结合XPS结果和理论分析,认为在富Zn条件下生长会导致过量的填隙Zn原子,补偿了全部的受主后,又促使其出现了从半导体-金属的Mott转变。     

Tuning the growth of ZnO nanowires

ZnO nanowires (NWs) with different diameters were obtained by controlling the particles of ZnO sub-layer (SL) exploring hydrothermal method; the diameter of the epitaxial NWs could be tuned from 60 to 146 nm when using SL with a thickness of 70 nm. The thickness of the SL would influence the orientation of the NWs. The top agglomerate NWs could be formed on the SL with a thickness of 10 nm, and the NWs with better orientation were obtained using SL with a thickness of 70 nm. Well aligned ZnO NWs grew perpendicular to the completely stress released SL. The diameter of the NWs was also greatly influenced by the solution concentration; thus ultra fine (diameter∼11 nm) ZnO NWs were obtained through adjusting the solution concentration to 0.001 mol/L. Through our research, we also found that the growth rate of the NWs could also be influenced by the different polarity surface of the SL. In other words, the size of the ZnO NWs could be tuned exactly under optimal conditions.     

ZnO基紫外探测器的制作与研究

利用新型的等离子体辅助金属有机化学气相沉积(P-MOCVD)系统在蓝宝石、硅等衬底上生长出具有单一c轴取向、高阻的ZnO薄膜,利用添加的等离子体发生装置,进行氮掺杂获得高阻ZnO薄膜。利用ZnO的宽禁带与高光电导特性,结合MSM(金属-半导体-金属)结构器件响应度高、速度快、随偏压变化小、工艺简单、易于单片集成等优点,制作了ZnO基紫外探测器,器件规格为80 μm×100μm,电极为叉指式电极。测试中采用500 W的氙灯做测试光源,探测器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线显示;正向偏压下探测器的暗电流及光照电流与外加偏压呈线性增长。不同波长下的响应曲线显示:探测器对紫外波段有响应,响应峰值在375nm附近。     

Vertically integrated nanogenerator based on ZnO nanowire arrays

We report a technique to construct a vertically integrated nanogenerator (VI‐NG) based on ZnO nanowire (NW) arrays. The VI‐NG consists of nine single NGs connected mixed parallel and serial by a layer‐by‐layer stacking. For the single layer NG, the peak output voltage and current are 0.045 V and 2.5 nA, respectively. The VI‐NG produces an output power density of 2.8 nW/cm² with a peak output voltage of 0.15 V and output current of 7.2 nA. The vertical integration of the multi‐NG provides a feasible technique for effectively converting mechanical energies to electricity from environment. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Fast response ultraviolet photoconductive detectors based on Ga-doped ZnO films grown by radio-frequency magnetron sputtering

A metal-semiconductor-metal photoconductive detector was fabricated on c-axis preferred oriented Ga-doped ZnO (ZnO:Ga) thin film prepared on quartz by radio-frequency magnetron sputtering. With a 10 V bias, a responsivity of about 2.6 A/W at 370 nm was obtained in the ultraviolet region. The photocurrent increases linearly with incident power density for more than two orders of magnitude. The transient response measurement revealed photoresponse with a rise time of 10 ns and a fall time of 960 ns, respectively. The results are much faster than those reported in photoconductive detectors based on unintentionally doped n-type ZnO films.