单极性碲锌镉核辐射探测器及其红外激励效应研究
发布时间：2023-05-07 16:24
当今世界,核辐射的应用和探测正在逐渐引起人们的重视。X射线和伽玛射线探测技术作为空间科学、原子核科学和生物医学等科学领域的关键技术手段,在核能利用、医学成像、安全检测、环境监测和天文探测等方面都有重要的应用。特别是近年来,随着我国“神光-III”原型的建成及惯性约束核聚变ICF研究的发展、太阳探测和宇宙背景辐射探测的开展、大型航空航天器的无损探伤和先进核医学成像需求的增加,高分辨率的伽玛射线探测器的研究已经成为核辐射探测领域的研究热点。CdZnTe材料具有平均原子序数高、电阻率高(≥1010?·cm)、禁带宽度大(1.57eV)、不存在极化现象等特点,这些优异的材料特性使得CdZnTe核辐射探测器相对于传统的闪烁体探测器具有更好的能量分辨率和成像能力;同时CdZnTe材料的出现也填补了硅(Si)对高能射线探测效率低和高纯锗(HPGe)不能在室温下工作等不足,使得CdZnTe探测器成为最具潜力的室温半导体核辐射探测器。然而CdZnTe材料的载流子传输特性较差(特别是空穴),导致了探测器电荷收集效率的降低和能谱特性的变差。研究者们也在不断地从晶体生长、脉冲信号处理和探测器设计等方面做出努力...
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 引言
1.1 半导体核辐射探测器及其应用背景
1.2 CdZnTe核辐射探测器国内外研究现状
1.3 本论文研究意义及主要内容
2 CdZnTe核辐射探测器
2.1 射线与Cd ZnTe材料的相互作用
2.1.1 光电效应 (Photoelectric effect)
2.1.2 康普顿散射 (Compton scattering)
2.1.3 电子对效应 (Electron pair effect)
2.1.4 射线在CdZnTe材料中的衰减
2.2 载流子在探测器中的传输
2.2.1 载流子的迁移与扩散
2.2.2 载流子的俘获
2.3 电荷的感生
2.3.1 静态电荷分析及电容耦合方法
2.3.2 Shockley-Ramo理论
2.4 CdZnTe探测器的工作原理
2.5 本章小结
3 单极性CdZnTe探测器
3.1 传统平板CdZnTe探测器的空穴俘获问题
3.1.1 输出信号的特点
3.1.2 空穴俘获引起电荷的不完全收集
3.2 单载流子收集技术
3.2.1 辐照方向配置
3.2.2 脉冲处理方法
3.3 单极性Cd ZnTe探测器的仿真优化
3.3.1 Frisch栅探测器
3.3.2 半球形探测器
3.3.3 共面栅探测器
3.3.4 像素探测器
3.4 本章小结
4 电容式Frisch栅CdZnTe探测器及其红外激励效应
4.1 电容式Frisch栅探测器的结构特点及读出系统
4.1.1 探测器结构与制作
4.1.2 探测器信号读出与处理
4.2 电容式Frisch栅探测器的电荷收集效率模型
4.2.1 电荷收集效率模型的假设条件
4.2.2 Shockley-Ramo理论的应用
4.3 电容式Frisch栅探测器的参数优化
4.3.1 权重势和权重场如何影响电荷收集效率
4.3.2 探测器的结构参数优化
4.3.3 材料参数对电荷收集效率的影响
4.3.4 外加偏压对电荷收集效率的影响
4.4 能谱测定实验及红外激励效应
4.4.1 Frisch屏蔽环高度对探测器能谱特性的影响
4.4.2 红外激励对探测器能谱特性的影响
4.5 本章小结
5 公共格栅像素CdZnTe探测器能谱特性分析
5.1 公共格栅像素CdZnTe探测器的结构优势
5.1.1 权重势串扰
5.1.2 偏压电场
5.2 像素探测器物理特性描述
5.2.1 电荷的收集
5.2.2 电荷的损失与共享
5.3 探测器设计及能谱测定实验
5.3.1 探测器设计与制作
5.3.2 工作原理及能谱测定
5.3.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
6 总结
致谢
参考文献
附录
本文编号：3810914
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 引言
1.1 半导体核辐射探测器及其应用背景
1.2 CdZnTe核辐射探测器国内外研究现状
1.3 本论文研究意义及主要内容
2 CdZnTe核辐射探测器
2.1 射线与Cd ZnTe材料的相互作用
2.1.1 光电效应 (Photoelectric effect)
2.1.2 康普顿散射 (Compton scattering)
2.1.3 电子对效应 (Electron pair effect)
2.1.4 射线在CdZnTe材料中的衰减
2.2 载流子在探测器中的传输
2.2.1 载流子的迁移与扩散
2.2.2 载流子的俘获
2.3 电荷的感生
2.3.1 静态电荷分析及电容耦合方法
2.3.2 Shockley-Ramo理论
2.4 CdZnTe探测器的工作原理
2.5 本章小结
3 单极性CdZnTe探测器
3.1 传统平板CdZnTe探测器的空穴俘获问题
3.1.1 输出信号的特点
3.1.2 空穴俘获引起电荷的不完全收集
3.2 单载流子收集技术
3.2.1 辐照方向配置
3.2.2 脉冲处理方法
3.3 单极性Cd ZnTe探测器的仿真优化
3.3.1 Frisch栅探测器
3.3.2 半球形探测器
3.3.3 共面栅探测器
3.3.4 像素探测器
3.4 本章小结
4 电容式Frisch栅CdZnTe探测器及其红外激励效应
4.1 电容式Frisch栅探测器的结构特点及读出系统
4.1.1 探测器结构与制作
4.1.2 探测器信号读出与处理
4.2 电容式Frisch栅探测器的电荷收集效率模型
4.2.1 电荷收集效率模型的假设条件
4.2.2 Shockley-Ramo理论的应用
4.3 电容式Frisch栅探测器的参数优化
4.3.1 权重势和权重场如何影响电荷收集效率
4.3.2 探测器的结构参数优化
4.3.3 材料参数对电荷收集效率的影响
4.3.4 外加偏压对电荷收集效率的影响
4.4 能谱测定实验及红外激励效应
4.4.1 Frisch屏蔽环高度对探测器能谱特性的影响
4.4.2 红外激励对探测器能谱特性的影响
4.5 本章小结
5 公共格栅像素CdZnTe探测器能谱特性分析
5.1 公共格栅像素CdZnTe探测器的结构优势
5.1.1 权重势串扰
5.1.2 偏压电场
5.2 像素探测器物理特性描述
5.2.1 电荷的收集
5.2.2 电荷的损失与共享
5.3 探测器设计及能谱测定实验
5.3.1 探测器设计与制作
5.3.2 工作原理及能谱测定
5.3.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
6 总结
致谢
参考文献
附录
本文编号：3810914
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3810914.html
