在過去的十年里,碲鋅鎘(CdZnTe)半導體作為X射線和γ射線探測器吸引了越來越多的關注。相對于傳統(tǒng)上基于硅(Si)和鍺(Ge)的高性能光譜分析儀,CdZnTe探測器性能更好,擁有極高的探測效率和優(yōu)良的室溫性能,非常適合用于緊湊、可靠的檢測系統(tǒng)。CdZnTe材料對X射線和γ射線的探測效率非常高,高達90%,能量從10 KeV到1.5 MeV的光子都可以探測。隨著CdZnTe晶體的生長工藝的進步和探測器信號處理技術的發(fā)展,CdZnTe探測器對射線的探測能力也越來越好。當前對CdZnTe的研究成為在半導體輻射探測領域的重要研究內容,受到國內外的高度重視。首先,本文對輻射探測器的原理進行了分類并簡單介紹,介紹了碲鋅鎘探測器發(fā)展歷程,并說明了近年來碲鋅鎘探測器的研究現(xiàn)狀,及碲鋅鎘探測器快速響應特性的研究意義。其次,基于蒙特卡羅法,對MSM型的碲鋅鎘探測器的響應時間進行了計算,并分析了不同電場強度和入射粒子能量對響應時間的影響。之后研究了共面柵極的柵寬和溝寬對碲鋅鎘探測器內部電勢分布的影響,設置了多組結構進行對比,得出結論:在工藝條件允許的情況下,柵寬和溝寬越小,非電荷感應區(qū)越大,從而能收集更多的電子來產生感應電荷。分析了邊緣效應對共面柵型碲鋅鎘探測器的時間響應特性的影響,并對普通的共面柵極進行了優(yōu)化,改善了XY截面上電勢分布的傾斜現(xiàn)象。進一步優(yōu)化了電極結構,得到了方環(huán)形的電極結構。其優(yōu)點為不僅在XY截面上,也在XZ截面上抵消了電勢分布的邊緣效應。最后,MIS型的碲鋅鎘探測器與MS型漏電流比較,發(fā)現(xiàn)MIS型漏電流遠小于后者,因此在后續(xù)的制備中選擇了MIS結構。在退火環(huán)節(jié),設置不同退火時間,得到4種碲鋅鎘材料。比較制備的探測器響應時間。從得到的脈沖波形可以發(fā)現(xiàn),這幾種探測器中,退火時間最長的(8h),得到的響應時間最好(1.136μs)。并分析了可能的原因:退火處理使得碲鋅鎘材料的缺陷減少,隨著退火的時間變長,得到的碲鋅鎘材料缺陷也變少。測試制得的碲鋅鎘探測器對X射線脈沖和高能電子束脈沖的響應時間,在100V到600V的偏置電壓下得到的脈沖波形的上升沿均為189ns,證明了探測器的上升時間與偏壓大小和粒子種類無關。同時發(fā)現(xiàn)隨偏壓的增大,響應波形的脈沖后沿變陡。在外加偏壓600V時得到的響應時間為189ns。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TL814

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本文編號：2812547