专利名称：半导体探测器γ/X射线电荷收集效率的测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于辐射探测器电荷收集效率绝对测量实验技术，具体涉及CVD金刚石等宽禁带半导体探测器对Y /X射线电荷收集效率的测量方法及系统。
背景技术：
半导体探测器是实验核物理领域中应用最广泛的核辐射探测器，特别是近年来发展的宽禁带半导体探测器，由于具有日盲特性、比Si探测器更快的时间响应和更小的暗电流，成为国际辐射探测领域研究的前沿课题和热点。例如，金刚石薄膜探测器具备耐高温(工作温度可达500°c )、耐辐照能力强(比Si-PIN半导体探测器高出3个量级)、更快的时间响应(比Si-PIN半导体探测器快约3倍)及噪声低等优异性能，可以在深空探测、同 步辐射、强中子、伽马射线、电子、重带电粒子和X射线等稳态和脉冲辐射场，以及复杂环境中应用而成为当前辐射探测领域研究的热点和较理想的探测器之一。目前，CVD金刚石探测器、CZT探测器、GaN探测器等宽禁带半导体探测器大多是基于人造薄膜材料研制而成的。然而，受材料价格和制作技术、工艺等的限制，无论是多晶还是单晶薄膜，材料内部都存在缺陷，其缺陷密度比Si探测器高出数个量级，辐射在宽禁带半导体材料中产生的电子-空穴对在向电极漂移的过程中不可避免地遇到陷阱并以一定概率被俘获而不能被完全收集，因此，在辐射探测中电荷收集效率是表征宽禁带半导体探测器性能最为重要的参数之一。由于材料内部的缺陷及其分布很难知晓，因而其电荷收集效率无法用理论计算获得，通过实验测量是目前确定其电荷收集效率的主要手段和该类探测器研制、应用的重要内容。CVD金刚石薄膜探测器等宽禁带半导体探测器对a粒子和电子的电荷收集效率测量技术已有研究，但测量这类探测器对Y/X射线的电荷收集效率，由于很难准确确定射线在探测器中产生的总能量沉积以及由这些能量产生的输出信号，而成为难题。主要是因为在实验中，不仅Y/X射线与探测器灵敏介质作用产生能量沉积，而且Y/X射线与探测器周围物质作用产生的次级电子也在灵敏区沉积能量，而后者的数值与探测器的结构参数、实验装置结构、安装位置、准直器孔径与材料及Y /X射线能量密切相关，而且很难通过计算准确获得。实验发现，将半导体探测器直接放置在辐射通道中测量Y/X射线，由探测器周围空气、准直器、屏蔽体等物质与射线作用产生的杂散电子干扰非常严重，使得无法获得正确的测量结果，即使在探测器前加偏转磁场来清扫杂散电子，也不能达到理想的效果。研究表明，来自探测器外部杂散电子产生的干扰信号有时比探测器响应信号要高出I 3倍，且干扰信号很容易被视为信号。因此，宽禁带半导体探测器对Y/X射线电荷收集效率的测量方法和技术是该类探测器用于脉冲Y /X射线探测和相关技术研究必须解决的问题。建立半导体探测器对Y/X射线电荷收集效率的测量方法和系统，首先要寻找引起理论计算和实验结果差异的原因，只有这样才能创立新的测量方法并进行实验验证。研究发现，Y/X射线与探测器灵敏介质以外的物质作用产生的康普顿电子等次生高能电子是导致半导体探测器对Y/X射线电荷收集效率数值无法准确计算，以及实验测量值和理论计算值差异的根本原因。因此，如何消除杂散电子对测量结果的影响，并准确计算总能量沉积是创建新的Y/X射线电荷收集效率测量方法的关键所在。我们认识到，判断新测量方法正确与否的根本判据，可用其测量Si-PIN半导体探测器对伽马射线的电荷收集效率，若电荷收集效率实验结果为100%，则测量方法正确，并可将新方法应用于其它宽禁带半导体探测器对Y /X射线电荷收集效率的测量。因此，确定CVD金刚石薄膜探测器等宽禁带半导体探测器的Y /X射线电荷收集效率必须创建新方法，能够确切地知道进入半导体探测器的总沉积能量和相应的探测器电极收集到的能量。

发明内容
本发明目的是提供一种半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量方法及系统，其解决了现有实验技术在测量半导体探测器Y/X射线电荷收集效率时，由于实验环境中杂散电子产生了严重的干扰信号而无法获得正确测量结果的技术问题。本发明的技术解决方案是一种半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量方法，包括以下步骤I. I]确定所需杂散电子过滤片的厚度，并将其紧贴式放置在待测半导体探测器前端;I. 2]测量待测半导体探测器对辐射响应的信号电流7me;计算单位时间内辐射在待测半导体探测器内产生的总电荷量Imth;I. 3]计算待测半导体探测器Y/X射线电荷收集效率n
权利要求
1.一种半导体探测器γ/χ射线电荷收集效率的测量方法，包括以下步骤 1.1]确定所需杂散电子过滤片的厚度，并将其紧贴式放置在待测半导体探测器前端； 1.2]测量待测半导体探测器对辐射响应的信号电流7me;计算单位时间内辐射在待测半导体探测器内产生的总电荷量Imth; 1.3]计算待测半导体探测器Y/X射线电荷收集效率η
2.根据权利要求I所述半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量方法，其特征在于所述确定所需杂散电子过滤片的厚度的方法如下 2.I] Y/X射线产生源产生Y/X射线； 2.2]任取一定厚度的杂散电子过滤片过滤Y/X射线在探测介质周围产生的杂散电子; 2.3]用电荷收集效率已知的检验半导体探测器测量从杂散电子过滤片穿出的Y/X射线和电子束，读出信号电流7me;该检验半导体探测器为Si-PIN半导体探测器； 2.4]计算单位时间内辐射在检验半导体探测器内产生的总电荷量Imth ； 2.5]由
3.根据权利要求I所述半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量方法，其特征在于所述确定所需杂散电子过滤片的厚度的方法如下 3.I] Y /X射线产生源产生Y /X射线； 3.2]取一定厚度的杂散电子过滤片过滤Y/X射线在探测介质周围产生的杂散电子； 3.3]用电荷收集效率已知的检验半导体探测器测量从杂散电子过滤片穿出的Υ/Χ射线和电子束，读出信号电流7me;该检验半导体探测器为Si-PIN半导体探测器； 3.4]判断读出的信号电流7me是否处于饱和，若饱和，则确定所需杂散电子过滤片的厚度；否则，逐步增加杂散电子过滤片的厚度，重复步骤3. 2]至3. 4]。
4.一种半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量系统， 包括Y/X射线产生源(I)、屏蔽室(2)、探测器信号检测装置、射线照射量率检测装置；所述屏蔽室(2)上设置有准直Y/X射线束流方向的准直孔(3)； 所述探测器信号检测装置包括高压电源出)、小电流计(7)和计算机(8)； 所述射线照射量率检测装置包括Y/X射线仪(9)，所述Y/X射线仪(9)放置在移除探测器信号检测装置后的待测半导体探测器(5)灵敏面所在位置； 其特征在于 还包括杂散电子过滤片(4)； 所述杂散电子过滤片(4)设置在准直孔(3)的正后方，且杂散电子过滤片(4)的后端面与待测半导体探测器(5)的前端面贴合放置；所述杂散电子过滤片(4)的大小以完全覆盖待测半导体探测器(5)的灵敏面为准；所述杂散电子过滤片(4)的材料为低原子序数绝缘介质材料；所述杂散电子过滤片(4)厚度应能完全过滤Y/X射线在探测介质周围产生的杂散电子。
5.根据权利要求4所述的半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量系统，其特征在于 还包括用于确定杂散电子过滤片(4)厚度的检验半导体探测器(10);所述检验半导体探测器(10)与待测半导体探测器(5)的位置相同。
6.根据权利要求4或5所述的半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量系统，其特征在于所述杂散电子过滤片(4)的材料为聚四氟乙烯或聚乙烯或胶木。
7.根据权利要求6所述的半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量系统，其特征在于所述Y/X射线产生源⑴为60Coy射线源；所述杂散电子过滤片⑷的材料为聚乙烯 或聚四氟乙烯；所述杂散电子过滤片(4)的厚度大于等于4mm。
8.根据权利要求4或5所述的半导体探测器Y/X射线电荷收集效率的测量系统，其特征在于所述Y/X射线产生源⑴为60Coy射线源；所述杂散电子过滤片⑷的材料为聚乙烯或聚四氟乙烯；所述杂散电子过滤片(4)的厚度大于等于4mm。
全文摘要
本发明涉及半导体探测器γ/X射线电荷收集效率的测量方法及系，包括以下步骤1.1]确定所需杂散电子过滤片的厚度，并将其紧贴式放置在待测半导体探测器前端；1.2]测量待测半导体探测器对辐射响应的信号电流计算单位时间内辐射在待测半导体探测器内产生的总电荷量Imth；1.3]计算待测半导体探测器γ/X射线电荷收集效率η本发明解决了现有实验技术在测量半导体探测器γ/X射线电荷收集效率时，由于实验环境中杂散电子产生了严重的干扰信号而无法获得正确测量结果的技术问题。本发明为半导体探测器在γ/X射线作用下的电荷收集效率测量提供了崭新方法。
文档编号G01T1/24GK102636805SQ20111003848
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者欧阳晓平, 谭新建, 雷岚 申请人:西北核技术研究所