當今世界,核輻射的應用和探測正在逐漸引起人們的重視。X射線和伽瑪射線探測技術作為空間科學、原子核科學和生物醫(yī)學等科學領域的關鍵技術手段,在核能利用、醫(yī)學成像、安全檢測、環(huán)境監(jiān)測和天文探測等方面都有重要的應用。特別是近年來,隨著我國“神光-III”原型的建成及慣性約束核聚變ICF研究的發(fā)展、太陽探測和宇宙背景輻射探測的開展、大型航空航天器的無損探傷和先進核醫(yī)學成像需求的增加,高分辨率的伽瑪射線探測器的研究已經(jīng)成為核輻射探測領域的研究熱點。CdZnTe材料具有平均原子序數(shù)高、電阻率高(≥1010?·cm)、禁帶寬度大(1.57eV)、不存在極化現(xiàn)象等特點,這些優(yōu)異的材料特性使得CdZnTe核輻射探測器相對于傳統(tǒng)的閃爍體探測器具有更好的能量分辨率和成像能力;同時CdZnTe材料的出現(xiàn)也填補了硅(Si)對高能射線探測效率低和高純鍺(HPGe)不能在室溫下工作等不足,使得CdZnTe探測器成為最具潛力的室溫半導體核輻射探測器。然而CdZnTe材料的載流子傳輸特性較差(特別是空穴),導致了探測器電荷收集效率的降低和能譜特性的變差。研究者們也在不斷地從晶體生長、脈沖信號處理和探測器設計等方面做出努力...

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 引言
    1.1 半導體核輻射探測器及其應用背景
    1.2 CdZnTe核輻射探測器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本論文研究意義及主要內(nèi)容
2 CdZnTe核輻射探測器
    2.1 射線與Cd ZnTe材料的相互作用
        2.1.1 光電效應 (Photoelectric effect)
        2.1.2 康普頓散射 (Compton scattering)
        2.1.3 電子對效應 (Electron pair effect)
        2.1.4 射線在CdZnTe材料中的衰減
    2.2 載流子在探測器中的傳輸
        2.2.1 載流子的遷移與擴散
        2.2.2 載流子的俘獲
    2.3 電荷的感生
        2.3.1 靜態(tài)電荷分析及電容耦合方法
        2.3.2 Shockley-Ramo理論
    2.4 CdZnTe探測器的工作原理
    2.5 本章小結
3 單極性CdZnTe探測器
    3.1 傳統(tǒng)平板CdZnTe探測器的空穴俘獲問題
        3.1.1 輸出信號的特點
        3.1.2 空穴俘獲引起電荷的不完全收集
    3.2 單載流子收集技術
        3.2.1 輻照方向配置
        3.2.2 脈沖處理方法
    3.3 單極性Cd ZnTe探測器的仿真優(yōu)化
        3.3.1 Frisch柵探測器
        3.3.2 半球形探測器
        3.3.3 共面柵探測器
        3.3.4 像素探測器
    3.4 本章小結
4 電容式Frisch柵CdZnTe探測器及其紅外激勵效應
    4.1 電容式Frisch柵探測器的結構特點及讀出系統(tǒng)
        4.1.1 探測器結構與制作
        4.1.2 探測器信號讀出與處理
    4.2 電容式Frisch柵探測器的電荷收集效率模型
        4.2.1 電荷收集效率模型的假設條件
        4.2.2 Shockley-Ramo理論的應用
    4.3 電容式Frisch柵探測器的參數(shù)優(yōu)化
        4.3.1 權重勢和權重場如何影響電荷收集效率
        4.3.2 探測器的結構參數(shù)優(yōu)化
        4.3.3 材料參數(shù)對電荷收集效率的影響
        4.3.4 外加偏壓對電荷收集效率的影響
    4.4 能譜測定實驗及紅外激勵效應
        4.4.1 Frisch屏蔽環(huán)高度對探測器能譜特性的影響
        4.4.2 紅外激勵對探測器能譜特性的影響
    4.5 本章小結
5 公共格柵像素CdZnTe探測器能譜特性分析
    5.1 公共格柵像素CdZnTe探測器的結構優(yōu)勢
        5.1.1 權重勢串擾
        5.1.2 偏壓電場
    5.2 像素探測器物理特性描述
        5.2.1 電荷的收集
        5.2.2 電荷的損失與共享
    5.3 探測器設計及能譜測定實驗
        5.3.1 探測器設計與制作
        5.3.2 工作原理及能譜測定
        5.3.3 實驗結果與分析
    5.4 本章小結
6 總結
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3810914