Si-PIN核辐射半导体探测器性能测量研究

为解决金硅面垒半导体探测器存在的漏电流较大、表面不可擦拭、受环境影响严重、使用稳定性较差等缺点,开展性能更优异的Si-PIN核辐射探测器研究具有十分重要的意义,可推动α、n、裂变碎片能谱测量等技术进步。论文介绍了离子注入与平面工艺相结合制作Si-PIN探测器的方法,对灵敏面积为20 mm×20 mm的Si-PIN探测器主要开展了I-V、C-V电学特性参数测量研究,开展了Si-PIN探测器对226Ra源α粒子的能量分辨率、能量线性响应研究工作。当反向偏压为2 043 pF时,探测器全耗尽时的漏电流为40nA、结电容为43pF,对α粒子的最佳能量分辨率为0.68%,探测器线性响应良好。     

Si-PIN探测器灵敏体积最优厚度的MC模拟

Si-PIN探测器灵敏材料厚度影响探测时间、探测结果可靠性及设备价格。从能量响应谱的比对研究证实EGS4模拟适用于Si-PIN探测器能量色散X荧光仪的设计分析。通过不同入射X射线对不同厚度灵敏体积的Si-PIN探测器的能量响应模拟研究发现:探测器灵敏体积最优厚度随待测X射线的能量增加而变厚,厚度与特征峰计数或峰总比的饱和厚度相等。     

Si-PIN探测器特征参数的MCNP模拟

实验运用蒙特卡罗方法模拟X射线在Si-PIN探测器中的能量沉积。针对所选择的每个能量,改变Si-PIN探测器灵敏区厚度、半径,模拟出X射线计数率,从中选择出灵敏区最佳结构组合。并与DeBoer算法和Mcmaster算法的理论计算结果进行对比,结果表明MCNP5程序能准确地模拟X射线在Si-PIN探测器中的物理过程,且选取的灵敏区最佳组合具有较高的可靠性。     

用于Ge(Li)探测器的低噪声电荷灵敏放大器

本文介绍用于同轴Ge(Li)探测器的QF-1105型低噪声电荷灵敏放大器,零电容噪声≤700eV(Ge)(典型值为603 eV),噪声斜率≤15 eV/pF。     

平面工艺Si-PIN低能X射线探测器研制

叙述了用平面工艺技术制备Si-PIN低能X射线探测器的工艺方法.为了减小探测器的漏电流,采用了表面钝化和保护环技术.文章给出了厚度500μm,灵敏面积分别为5 mm2、10mm2的不同探测器在室温下漏电流测量结果以及5mm2的探测器在室温及温差电致冷条件下对55Fe5.9keV X射线的能谱响应测量结果.     

Si-PIN型X射线探测器灵敏度的MC模拟

在能量色散X荧光仪设计过程中,探测器的尺寸、系统几何结构和目标元素等都涉及到探测器灵敏度的问题。论文从玻尔兹曼方程及电子输运Spencer-Lewis方程入手推导探测器灵敏度的理论计算公式,基于MCNP5模拟平台研究Si-PIN型探测器灵敏度变化规律。研究发现:Si-PIN型探测器灵敏度随探测器灵敏材料厚度的增加呈指数增长;随入射射线能量增加,其规律与探测效率曲线相同;当探测器与样品间的距离小于100 mm时,距离对探测器灵敏度的影响可以忽略。     

研制Si(Li)探测器的新结果

本文介绍高分辨率Si(Li)X射线探测器的结构、工作原理、电流特性、电容特性和能量分辨率。探测器的有效灵敏体积为φ4mm×3mm,刻有保护沟槽,反向漏电流在10~(-14)A～10~(-15)A,电容小于1.5Pf,对~(55)Fe源5.9keV的X射线,获得的半高宽度(FWHM)=235eV。     

Si-PIN硅条带探测器的电子学测试

采用电子学等效方法对所研制的Si-PIN条带探测器的基本性能进行测试。Si-PIN条带探测器是在—个硅基片上刻蚀多个条带探测器，常用于空间探测中的粒子方向测量。介绍了对Si-PIN条带探测器电子学等效测试方法和结果，重点探讨了条带之间的串扰问题。     

低能正电子致厚靶特征X射线产额的初步实验研究

通过10～30 keV的正电子轰击纯厚Ti(Z=22)靶,采用超薄灵敏层的Si-PIN探测器收集其产生的X射线,通过HPGe探测器收集正电子在靶中湮没产生的511 keV的γ光子计数来计算正电子束流强度,对正电子碰撞厚Ti靶的K壳层特征X射线产额进行了初步测量,并将所得实验数据与基于DWBA(Distorted-Wav...     

基于阻容低通反馈的电荷灵敏前置放大器的设计

传统电荷灵敏前置放大器以高阻值电阻作为低频反馈端,高阻值电阻所引入的热噪声为前置放大器噪声的主要来源。本文以N沟道结型场效应晶体管和阻容(Resistor-Capacitance,RC)电路构成低通网络代替传统高阻值反馈电阻完成了新型电荷灵敏前置放大器的研制。该电路以结型场效应晶体管和集成运算放大器构成放大电路,具有高输入阻抗及大开环增益的优点;以小容值电容构成高通回路,为电路提供高频反馈回路,同时实现核脉冲电流的积分;以RC低通网络构成直流反馈回路,为电路提供一个稳定的直流工作点,同时构成电压分压器使N沟道结型场效应管工作在正向偏置状态,实现对反馈电容中的电荷进行连续放电。相比于传统阻容反馈式电荷灵敏放大器,该电路能够有效克服大阻值反馈电阻引入的噪声,尤其适用于Si-PIN等半导体探测器。将该电荷灵敏前置放大器与BPX66型Si-PIN探测器连接,在室温下对241Am源进行测量,其能量分辨率可达到3.03%@59.5 keV。     

金硅面垒半导体探测器

本文介绍金硅面垒探测器的制作工艺及性能。灵敏面积直径为6mm、8mm和13mm的探测器在20℃左右对α粒子的能量分辨率(FWHM)分别为11.7keV,12.2keV(~(241)Am)和14.8keV(~(244)Cm)。     

层叠式Si-PIN伽玛探测器

利用Monte-Carlo方法对新研制的层叠式Si-PIN伽玛探测器的伽玛灵敏度进行了理论计算。结果表明，层叠式Si-PIN伽玛探测器相对于单个的Si-PIN探测器具有更高的灵敏度，而且伽玛灵敏度与每层间的聚四氟乙烯片的厚度有关。实验测量的层叠式探测器和普通单个探测器对1.25MeV的伽玛灵敏度与理论计算值相当。     

多通道Si-PIN探测器漏电流测量系统的设计和实现

中能望远镜是硬X射线望远镜卫星三大载荷之一,其探测器采用的是大面积Si-PIN探测器阵列。探测器的漏电流是影响X射线谱仪能量分辨率的一个关键因素。中能望远镜项目组在研发Si-PIN探测器的常温筛选环节中,将探测器漏电流作为一项重要考核指标。为了对探测器漏电流实现高精度、快速的测量,研制了多通道Si-PIN探测器漏电流测量系统。测量结果表明,使用该系统得到的漏电流结果精度较高,可直接应用到项目研制中去。     

硅PIN光敏二极管探测X、γ射线的性能及应用

介绍了硅PIN光敏二极管和电荷灵敏前放组成的X射线探测器和配合CsI(Tl)晶体构成的γ射线探测器的性能和测量结果,同时研究了光敏二极管探测器能量分辨率的温度特性。测量X射线时,在-10℃下对241Am的59.5keV射线的能量分辨率为4.8%;用PIN光敏二极管配合10mm×10mm×10mm的CsI(Tl)晶体测量γ射线时,在20℃下对137Cs0.662MeVγ射线的能量分辨率为9.9%,60Co的1.332MeVγ射线的能量分辨率为6.4%,-10℃下的能量分辨率分别为8.7%和6.3%。     

Si-PIN探测器中子直照灵敏度研究

介绍了利用K600中子发生器进行Si-PIN探测器灵敏度标定的实验方法,并在实验中测出了Si-PIN探测器对14MeV中子的直照灵敏度。同时,利用MCNP模拟程序对Si-PIN探测器不同能量的中子直照灵敏度进行了理论计算,实验灵敏度处理结果和理论计算值较为一致。     

同轴单开端型Ge(Li)探测器的研制

同轴单开端型Ge(Li)探测器的制作过程是:先将施主杂质锂蒸发到P型锗单晶表面,经扩散形成N~+P结构,然后在反向偏压作用下,锂离子由扩散区(N~+)向中心漂移,逐渐补偿受主杂质镓,形成PIN结构。它实际上相当一个固体电离宝,其I区为灵敏区。由于在Ge中产生一个电子-空穴对所需的平均能量(2.96eV)比在气体电离室中产生一个电子-离子对所需的能量小十倍,比闪烁计数器产生光电子所需能量小几十倍,因此,Ge(Li)探测器就有比这些探测器高得多的能量分辨率。     

一种多极平行板雪崩探测器

描述了一种为RIBLL研制的在线束流监测用双维位置灵敏多极平行板雪崩探测器(Multi-platePPAC)。它主要由中心阳极、两个位置灵敏栅极和两个阴极平面组成。灵敏面积为100mm×100mm。使用异丁烷工作气体,气压稳定在650Pa,阳极在+400V,阴极在-350V时,对三组分α源测得探测器的位置分辨约0.58mm(FWHM),位置非线性±50μm,探测效率好于99.2%。由于该探测器明显的高增益,它适合探测较高能量的较轻粒子。     

新型高灵敏度XRF分析仪的研制与应用

新型高灵敏度便携式X射线荧光(XRF)分析仪基于电致冷Si-PIN半导体X射线探测器和微机多道(2048道)谱仪系统,整机重3.8kg(探头重0.6kg),对铜、锌、砷等元素的分析检出限为10μg·g-1,适用于野外现场的天然岩石、土壤和水系沉积物的多元素含量的定量测定,以及工业原料、半成品、产品快速分析。     

碘化汞探测器的稳定性

低能光子与探测器物质的相互作用主要是光电效应。其光电吸收系数μ_(PE)是: μ_(PE)∝E_r~(-7/2)ρZ~5式中,E_4是入射射线能量(eV);ρ和z分别为探测器材料密度和原子序数。对低能X、γ射线探测,就必须考虑选择原子序数高、密度大的探测器材料。碘化汞作为低能光子探测器,基本满足上述要求。它的特点是:(1)原子序数高,对X射线有很好的阻止本领和相当高的灵敏度;(2)禁带宽度大,可在40℃以下温度范围内工作和保存;(3)体积小、重量轻、牢固可靠、可构成小型的便携式谱仪;(4)适用于低能(<100keV)X射线的探测,有很好的能量分辨率和能量线性,在核医学、X荧光分析、野外探测等方面有着广阔的应用前景。     

硅多条探测器的研制

描述了用微电子工艺技术成功研制硅多条探测器的制备工艺技术及测试结果。这种探测器的灵敏面积为50mm×20mm。P掺杂面被等分成相互平行的,长度为20mm,宽度为3mm的16硅条,相邻条之间的间距为140μm。当探测器工作在全耗尽偏压下,每一条的反向漏电流的典型值<2nA。对239Pu α粒子的能量分辨为0.5％~0.9％,相邻条之间的相互影响(crosstalk)为4％~8％。