[实用新型]辐射探测器

说明书

技术领域

本实用新型涉及辐射探测器。

背景技术

辐射探测器可以测量例如X射线或γ射线的能谱，因而是进行核素识别的主要手段之一。辐射探测器已经广泛应用于核辐射防护、核安检、环境保护及国土安全等领域，用于检测放射性物质。目前，辐射探测器主要可分为两类：一类是以NaI(Tl)为代表的闪烁体探测器，另一类是以高纯锗(HPGe)为代表的半导体辐射探测器。

闪烁体探测器具有价格便宜、制备简单等优点。通常，在现场使用的便携式γ谱仪--闪烁探测器NaI或CsI。然而，闪烁体探测器的能量分辨率较差，很难满足复杂能谱精细结构的测量要求。半导体高纯锗辐射探测器具有很好的能量分辨率。然而，半导体Ge辐射探测器大都要求在液氮(77K)下保存或使用。由于使用了低温容器和真空室，这将增加探测器的总体积。而且，需要频繁地添加液氮，无法满足野外恶劣条件下的使用要求，使用范围受到了限制。

化合物半导体辐射探测器具有能量分辨率高、探测效率高、体积小、便于携带、并可在室温下工作等优点。目前，半导体辐射探测器已广泛应用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域。近年来，人们对Ge、HgI₂、GaAs、TiBr、CdTe、CdZnTe、CdSe、GaP、HgS、PbI₂和AlSb等多种半导体材料进行了广泛的研究。研究表明，CdZnTe是性能优异、最有前途的用于在室温下工作的半导体辐射探测器的新材料。

与NaI闪烁体探测器相比，辐射探测器(例如，使用CdZnTe晶体)具有较高的原子序数(48，30，52)和密度(6g/cm3)，使得CdZnTe对高能量的γ和X射线具有高探测效率。CdZnTe的带宽是在1.5eV到2.2eV左右，可以在室温工作。并且，高质量的CdZnTe晶体可用于大范围内温度变化的环境，而CdZnTe晶体的性能不会有明显变化。在CdZnTe中产生一对电荷载体所需的能量约4.6eV左右，与NaI闪烁体的100eV相比，射线在CdZnTe中产生的电荷载体数的统计涨落小，使得能量分辨率优于NaI闪烁体。CdZnTe的电阻率高达10¹⁰Ωcm以上，保证了低的漏电流噪声，使得可以提高能量分辨率。

然而，由于例如CdZnTe的半导体晶体的本身特性，例如空穴寿命短、迁移率低(即μ_hτ_h很小)，载流子在半导体晶体中的漂移长度L_h很短，在半导体晶体中不同位置处的载流子对脉冲幅度的贡献不同。结果，半导体辐射探测器的能量分辨率变差。

为了改善该类半导体辐射探测器的能量分辨性能，该类半导体辐射探测器往往设计为具有单极性电荷灵敏特性的电极结构。在特殊设计的电极结构施加的电场作用下，射线与晶体发生反应而产生的电荷会受电场作用，向相反的两个电极运动，电子向阳极电极运动，空穴向阴极面电极运动。由于远离电极的地方电场强度弱，迁移速度很慢的空穴很容易被陷落，而不易被陷落的快速移动的电子最终被电极收集，从而获得单极性敏感的探测器。单极性敏感的探测器可以在一定程度上减少因空穴迁移速度慢而对能量分辨率带来的不良影响。然而，电子的运动仍然受到晶体缺陷的影响会陷落，结果于半导体晶体中的不同位置产生的电荷，在收集电极上产生的输出信号幅度也有涨落，从而影响了辐射探测器的分辨率。

此外，同轴结构的辐射探测器包括在晶体的中心形成的孔，以及位于孔中的电极。然而，在晶体中的开孔导致工艺上的困难。并且，对硬度低且容易解理的晶体造成机械损伤，而且这些机械损伤引入的缺陷主要集中在电极附近，使得信号的收集效率降低。

因此，仍然期望进一步改进电极设计以提高辐射探测器的能量分辨率和探测效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用特殊设计的电极结构提高能量分辨率的辐射探测器。

根据本实用新型的一方面，提供一种辐射探测器，包括：用于感测辐射的半导体晶体，所述半导体晶体包括顶部表面、底部表面和至少一个侧面；位于顶部表面、底部表面和至少一个侧面中的至少一个表面上的阳极电极；以及位于顶部表面、底部表面和至少一个侧面中的其余表面中的至少一个表面上的阴极电极，其中，阳极电极为条带形状，阴极电极平面形状，并且阴极电极与阳极电极平行地延伸大致等于阳极电极的长度尺寸。

优选地，半导体晶体感测X射线或γ射线。根据应用需求，也可以使用感测其它类型的射线的半导体晶体。