碲锌镉辐射探测器的快速响应特性研究

发布时间：2020-09-04 20:25

　　 在过去的十年里,碲锌镉(CdZnTe)半导体作为X射线和γ射线探测器吸引了越来越多的关注。相对于传统上基于硅(Si)和锗(Ge)的高性能光谱分析仪,CdZnTe探测器性能更好,拥有极高的探测效率和优良的室温性能,非常适合用于紧凑、可靠的检测系统。CdZnTe材料对X射线和γ射线的探测效率非常高,高达90%,能量从10 KeV到1.5 MeV的光子都可以探测。随着CdZnTe晶体的生长工艺的进步和探测器信号处理技术的发展,CdZnTe探测器对射线的探测能力也越来越好。当前对CdZnTe的研究成为在半导体辐射探测领域的重要研究内容,受到国内外的高度重视。首先,本文对辐射探测器的原理进行了分类并简单介绍,介绍了碲锌镉探测器发展历程,并说明了近年来碲锌镉探测器的研究现状,及碲锌镉探测器快速响应特性的研究意义。其次,基于蒙特卡罗法,对MSM型的碲锌镉探测器的响应时间进行了计算,并分析了不同电场强度和入射粒子能量对响应时间的影响。之后研究了共面栅极的栅宽和沟宽对碲锌镉探测器内部电势分布的影响,设置了多组结构进行对比,得出结论:在工艺条件允许的情况下,栅宽和沟宽越小,非电荷感应区越大,从而能收集更多的电子来产生感应电荷。分析了边缘效应对共面栅型碲锌镉探测器的时间响应特性的影响,并对普通的共面栅极进行了优化,改善了XY截面上电势分布的倾斜现象。进一步优化了电极结构,得到了方环形的电极结构。其优点为不仅在XY截面上,也在XZ截面上抵消了电势分布的边缘效应。最后,MIS型的碲锌镉探测器与MS型漏电流比较,发现MIS型漏电流远小于后者,因此在后续的制备中选择了MIS结构。在退火环节,设置不同退火时间,得到4种碲锌镉材料。比较制备的探测器响应时间。从得到的脉冲波形可以发现,这几种探测器中,退火时间最长的(8h),得到的响应时间最好(1.136μs)。并分析了可能的原因:退火处理使得碲锌镉材料的缺陷减少,随着退火的时间变长,得到的碲锌镉材料缺陷也变少。测试制得的碲锌镉探测器对X射线脉冲和高能电子束脉冲的响应时间,在100V到600V的偏置电压下得到的脉冲波形的上升沿均为189ns,证明了探测器的上升时间与偏压大小和粒子种类无关。同时发现随偏压的增大,响应波形的脉冲后沿变陡。在外加偏压600V时得到的响应时间为189ns。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TL814

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本文编号：2812547