高純鍺核輻射探測器

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1、第卷第期核電子學(xué)與探測技術(shù)。年月高純鍺核輻射探測器孫雪瑜北京核儀器廠本文,射線能譜分析用的高純鍺探測器,闡述探測器對原始材料的要求,綜述和介、,、紹制備結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)并與硅射線探測器鍺銼,射線探測器和碘化鈉,射線閃爍。探測器進行了對比關(guān),,,訶半導(dǎo)體探測器高純鍺制備性能高純鍺探測器具有能量分辨率高、線性范圍寬、探測效率高、性能穩(wěn)定、能在室溫存,,,。放等優(yōu)點在核輻射探測領(lǐng)域中受到人們極大重視發(fā)展很快、‘毛。。一,早期的鍺探測器是甩雜質(zhì)濃度一的型鍺通過鏗離子漂移技術(shù)獲得‘一補償高阻來實現(xiàn)的年〔幻和彭〕首次研制出凈雜質(zhì)濃度落護燕的鍺、。,單晶,接

2、著又制成了高純鍺探測器又經(jīng)過一年努力,高純鍺探測器已逐步取代了銼。,,漂移鍺探測器近年來隨著高純鍺材料質(zhì)量進一步提高器件制備中引進新工藝和配罩,,應(yīng)低噪聲電子學(xué)系統(tǒng)高純鍺探測系統(tǒng)的性能有了明顯改進用范圍日益擴大目前高純鍺探測器所達到的指標(biāo)是對的丫射線的能量分辮率,“,相對探測效率帕對射線分辨率小于射線能量范圍一色主要用于高分辨率的、能譜儀,探測高能粒子等一、材料探測器性能與原始高純鍺單晶質(zhì)量有緊密聯(lián)系,,凈雜質(zhì)濃度根據(jù)探測器的用途被測射線的性質(zhì)所需靈敏體積的大小以及?！，F(xiàn)階段材料和器件工藝所能達到的水平確定的凈雜質(zhì)濃度要求在一廠之間‘型號型

3、和。型單晶都可用來制作探測器基型的高純鍺較之基型的具有兩個,。顯著優(yōu)點一是窗薄善于探測較低能量的粒子二是抗輻射能力強遷移率它在一定程度上反映單晶的雜質(zhì)含量和晶格完整性在電場的作用下,靈敏區(qū)內(nèi)載流子的漂移速度。林。優(yōu)質(zhì)探測器的。應(yīng)該大于載,流子的飽和運。,動速度護這樣才能使載流子被有效地收集起來,。,一晶格完整性位錯密度戈一股要求小于但無位錯的材料不能用來,因,,制作探測器為它有大量空位其作用猶如強電荷俘獲中心位錯分布要均勻若存在局部,,。,密集區(qū)電場分布將發(fā)生畸變其有害作用更大位錯的影響是各向異性的〔〕晶向比一一“,?！?。〕影響要小使用〔〕方

4、向的晶體仍能制作出高分辨率探測器,絡(luò),平底坑密度愈少愈好它是由硅氧化物的諸中沉積形成的是探測器中空穴俘獲中。。。一’,一’心其密度的材料不適合作探測器在約啾時已能觀測到電荷俘獲的作用、、、,,銅鎳被鋅等雜質(zhì)以及其他晶格缺陷在禁帶中引入深能級它們起復(fù)合中心的,,,作用嚴(yán)重影響到探測器的分辨本領(lǐng)尤以銅的影響最大其含量不得超過材料的凈雜質(zhì)。。濃度分析深能級雜質(zhì)對探測器的作用是當(dāng)今主要研究課題之一氫、碳、硅等中性雜質(zhì)及其絡(luò)合物也是一些俘獲中心。應(yīng)當(dāng)盡力降低其含最,一綜上所述優(yōu)質(zhì)探測器材料的指標(biāo)大致可歸納為凈雜質(zhì)濃度氣遷移。。,,一,,一,率。倪丫位錯

5、密度血分布均勻平底坑,,而復(fù)合和俘獲中心盡可能少單晶尺寸盡可能大且有較好的縱向和徑向均勻性二、結(jié)構(gòu)與封裝丫,,圖示出了常用探測器管芯結(jié)構(gòu)高分辨率和射線用的探測器靈敏體積較小,制成同可制成平面型高探測效率的探測器要求靈敏體積盡量大軸型平面型探測器圖示出的一般,’平面型可以充分利用原材料以制成盡可能大的探測器圖所示的溝槽型可改善電,、,?場分布減小漏電流降低噪聲對高分辨。七護邏里‘斗,戴率的探測器比較適用這兩種結(jié)構(gòu)的特點是《勢壘城注入,靈敏體積與直徑、耗盡層厚度有關(guān),入射窗,,,。才丫薄可測到的能最典型尺寸為套,小一咭同軸型探測器常規(guī)電極型圖,面

6、盆或注人,擴金到由型鍺制成可適用的能量范圍為一‘,洛‘“,靈,,入射窗較厚敏區(qū)與真擇有關(guān)圖探測器的幾何形狀示意圖,以探測效率反腸的探測器為例冉型尺寸。,,。,樸芯內(nèi)徑芯長倒置電極型圖由型鍺制成可適用的,,,。能最范圍為一窗薄抗中子輻照能力強其他性能同常規(guī)電極型,窗,低能鍺探測器圖用于一能量范圍薄靈敏區(qū)與探測,,器直徑和耗盡層厚度有關(guān)離子注入電極消除了譜的干擾電容小于同軸型和平面,,型可制成小的大面積器件分辨率較高,,井型鍺探測器圖能量范圍一窗薄對小的被測樣品探,,,,側(cè)效率高接近接觸但電容較大典型尺寸外徑井直徑扭井壁內(nèi),。深,其結(jié)構(gòu)致冷裝置由

7、真空室和桂瓦瓶兩部分組成和體積視具體要求而定真空室必須保持清潔,避免低溫時雜質(zhì)凝固在探測器表面,使其性能哀變室內(nèi)真空度一般約在,,切一杜瓦瓶要具有良好的隔熱性能液氮消耗最小并防止液氮沸騰形成的頗噪聲每爭,已經(jīng)發(fā)展和用高純鍺探測器能在童溫下存放的特點了一種輕便式高喲鍺探測器系統(tǒng),適用于各種場合,如姆井等野外間斷測量,反應(yīng)堆燃料池的監(jiān)測等?！@種系統(tǒng)能在任一’,、、,,意方位上正常工作耐潮耐酸耐有機溶劑等惡劣氣氛系統(tǒng)重僅一旅液氮保持時一,只要使用前約灌住液氮,便可投入使用三、性能電參數(shù)·靈敏區(qū)的場強及其分布決定電荷的運動和收集優(yōu)質(zhì)探測器,內(nèi)各點的

8、電場吸皮應(yīng)大于。卜。一’一一’,一“一,,,漏電流對平面型為。對同軸型為一。?靈敏區(qū)高純鍺探測器一般工作于全耗盡狀態(tài)下,·囚此除死層以外整個鍺材料均為對輻射靈敏。。