碲锌镉探测器若干关键技术研究

发布时间：2022-08-07 14:55

　　碲锌镉探测器是室温半导体探测器的研究热点。经过二十几年的发展,碲锌镉探测器性能得到了明显提升,已应用于便携式谱仪、二维成像模块、康普顿相机等方向。国际上,典型的单极性电极碲锌镉探测器能量分辨率小于2.0%（对662 keV射线的测量结果,下同）;开展深度灵敏与校正后取得了接近1.0%的能量分辨。而国内研制的碲锌镉探测器能量分辨率大多在2.5%以上。但单极性电极（如共面栅电极、准半球电极）多受到专利保护,限制了其在国内的实际应用。目前,国内对新型单极性电极、深度灵敏与校正等方面研究鲜见报道。在此背景下提出了本课题的两点目标:一、设计新型读出电极结构,在简单读出电子学下实现较高的能量分辨;二、研制3D CZT探测系统,对深度灵敏与校正开展实验研究。论文工作中对单极性电荷灵敏、深度灵敏与校正等关键技术展开了深入的理论、实验研究。论文首先建立了一套碲锌镉探测器理论模型。在课题组既有的基础上自主开发模拟程序包ICC,用于探测器信号和读出电子学的仿真。基于Geant4、Ansoft Maxwell和ICC搭建了碲锌镉探测器模拟平台,在此平台上开展读出电极结构、读出电子学方法等研究工作。对新型读出电... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 引言
    1.1 课题背景
    1.2 碲锌镉探测器的性能及关键技术
        1.2.1 碲锌镉探测器的本征能量分辨
        1.2.2 平板电极碲锌镉探测器的局限
        1.2.3 碲锌镉探测器的若干关键技术
    1.3 碲锌镉探测器的研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
        1.3.3 研究现状小结
    1.4 课题目标及论文主要内容
        1.4.1 课题目标及意义
        1.4.2 论文主要内容及结构
第2章 碲锌镉探测器理论模型及模拟平台设计
    2.1 碲锌镉探测器理论模型
        2.1.1 载流子输运、扩散模型
        2.1.2 电极感应信号模型
    2.2 碲锌镉探测器模拟平台
        2.2.1 模拟平台的结构设计
        2.2.2 模拟平台的具体实现
        2.2.3 模拟流程
    2.3 晶体参数的选取
        2.3.1 晶体参数对电极优化的影响
        2.3.2 模拟采用的晶体参数
    2.4 小结
第3章 场增强电极探测器的设计及性能研究
    3.1 设计指标及思想
    3.2 线电极结构的缺陷
    3.3 场增强技术
    3.4 SEFLA探测器的设计与制备
        3.4.1 SEFLA结构的优化
        3.4.2 SEFLA探测器的制备
    3.5 SEFLA探测器的性能研究
        3.5.1 测试实验装置
        3.5.2 最佳工作偏压
        3.5.3 能量响应线性
        3.5.4 能谱特性
        3.5.5 小结与讨论
    3.6 深度校正的研究
        3.6.1 可行性分析
        3.6.2 验证性实验
        3.6.3 讨论
    3.7 场增强技术的直接验证与推广
    3.8 小结
第4章 3DCZT探测系统的研制与调试
    4.1 像素探测器的研制
        4.1.1 像素电极优化设计的必要性
        4.1.2 像素电极的优化设计
        4.1.3 探测器的制备和封装
    4.2 前端电子学的选型
    4.3 数据采集系统的研制
        4.3.1 数据采集系统硬件
        4.3.2 数据采集系统软件
    4.4 各部件测试与联调
        4.4.1 像素探测器的测试
        4.4.2 电子学系统的调试
        4.4.3 系统联调
    4.5 小结
第5章 3DCZT探测系统实验测试与数据分析
    5.1 通道不一致性的校正
        5.1.1 校正的必要性
        5.1.2 VAS的标定
        5.1.3 TAT的标定
    5.2 像素探测器能谱畸变的研究
        5.2.1 物理模拟
        5.2.2 实验分析
        5.2.3 结论
    5.3 深度信息获取
        5.3.1 C/A值法
        5.3.2 漂移时间法
    5.4 能谱重建
        5.4.1 单像素事例的能谱重建
        5.4.2 双像素事例的能谱重建
        5.4.3 探测器全谱重建
        5.4.4 能量分辨率的讨论
    5.5 康普顿成像
        5.5.1 康普顿成像的原理
        5.5.2 成像算法
        5.5.3 实验结果
        5.5.4 康普顿成像模拟研究
    5.6 小结
第6章 结论
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 下一步工作
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同厚度像素CdZnTe探测器的性能测试和评估[J]. 沈敏,肖沙里,张流强,曹玉琳,陈宇晓.  强激光与粒子束. 2014(03)
[2]新型CZT半导体X射线和g射线探测器研制与应用展望[J]. 查钢强,王涛,徐亚东,介万奇.  物理. 2013(12)
[3]碲锌镉阵列探测器的研究[J]. 蔡明生,郭建华,谢明刚,郑春晓.  天文学报. 2013(05)
[4]溶液法制备CdZnTe晶体中Te夹杂相分析[J]. 王东,闵嘉华,梁小燕,孙孝翔,刘伟伟,张继军,王林军.  上海大学学报(自然科学版). 2013(01)
[5]半球型CdZnTe核辐射探测器的制备与性能[J]. 郝云霄.  核电子学与探测技术. 2012(07)
[6]像素碲锌镉探测器低噪声读出芯片设计与测试[J]. 罗杰,邓智,刘以农,王光祺,李红日.  清华大学学报(自然科学版). 2012(07)
[7]用于空间探测的新型弗里希栅碲锌镉探测器[J]. 孟欣,丁洪林,郝晓勇,张凯.  中国原子能科学研究院年报. 2008(00)
[8]空间硬X射线编码孔成像望远镜样机的研制及初步实验结果[J]. 何会林,董永伟,吴伯冰,李延国,张永杰.  高能物理与核物理. 2007(05)

博士论文
[1]共面栅碲锌镉探测器的性能优化与阵列探测器研究[D]. 马跃东.重庆大学 2016
[2]碲锌镉单晶生长与晶体质量研究[D]. 孙士文.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
[3]黑洞高能辐射的观测与研究[D]. 冯骅.清华大学 2005

硕士论文
[1]碲锌镉核辐射探测器的电极研究[D]. 张冬敏.四川大学 2007



本文编号：3670524