高纯锗核辐射探测器

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1、第卷第期核电子学与探测技术。年月高纯锗核辐射探测器孙雪瑜北京核仪器厂本文,射线能谱分析用的高纯锗探测器,阐述探测器对原始材料的要求,综述和介、,、绍制备结构和性能参数并与硅射线探测器锗锉,射线探测器和碘化钠,射线闪烁。探测器进行了对比关,,,诃半导体探测器高纯锗制备性能高纯锗探测器具有能量分辨率高、线性范围宽、探测效率高、性能稳定、能在室温存,,,。放等优点在核辐射探测领域中受到人们极大重视发展很快、‘毛。。一,早期的锗探测器是甩杂质浓度一的型锗通过铿离子漂移技术获得‘一补偿高阻来实现的年〔幻和彭〕首次研制出净杂质浓度落护燕的锗、。,单晶,接

2、着又制成了高纯锗探测器又经过一年努力,高纯锗探测器已逐步取代了锉。,,漂移锗探测器近年来随着高纯锗材料质量进一步提高器件制备中引进新工艺和配罩,,应低噪声电子学系统高纯锗探测系统的性能有了明显改进用范围日益扩大目前高纯锗探测器所达到的指标是对的丫射线的能量分辫率,“,相对探测效率帕对射线分辨率小于射线能量范围一色主要用于高分辨率的、能谱仪,探测高能粒子等一、材料探测器性能与原始高纯锗单晶质量有紧密联系,,净杂质浓度根据探测器的用途被测射线的性质所需灵敏体积的大小以及。‘。现阶段材料和器件工艺所能达到的水平确定的净杂质浓度要求在一厂之间‘型号型

3、和。型单晶都可用来制作探测器基型的高纯锗较之基型的具有两个,。显著优点一是窗薄善于探测较低能量的粒子二是抗辐射能力强迁移率它在一定程度上反映单晶的杂质含量和晶格完整性在电场的作用下,灵敏区内载流子的漂移速度。林。优质探测器的。应该大于载,流子的饱和运。,动速度护这样才能使载流子被有效地收集起来,。,一晶格完整性位错密度戈一股要求小于但无位错的材料不能用来,因,,制作探测器为它有大量空位其作用犹如强电荷俘获中心位错分布要均匀若存在局部,,。,密集区电场分布将发生畸变其有害作用更大位错的影响是各向异性的〔〕晶向比一一“,。【。〕影响要小使用〔〕方

4、向的晶体仍能制作出高分辨率探测器,络,平底坑密度愈少愈好它是由硅氧化物的诸中沉积形成的是探测器中空穴俘获中。。。一’,一’心其密度的材料不适合作探测器在约啾时已能观测到电荷俘获的作用、、、,,铜镍被锌等杂质以及其他晶格缺陷在禁带中引入深能级它们起复合中心的,,,作用严重影响到探测器的分辨本领尤以铜的影响最大其含量不得超过材料的净杂质。。浓度分析深能级杂质对探测器的作用是当今主要研究课题之一氢、碳、硅等中性杂质及其络合物也是一些俘获中心。应当尽力降低其含最,一综上所述优质探测器材料的指标大致可归纳为净杂质浓度气迁移。。,,一,,一,率。倪丫位错

5、密度血分布均匀平底坑,,而复合和俘获中心尽可能少单晶尺寸尽可能大且有较好的纵向和径向均匀性二、结构与封装丫,,图示出了常用探测器管芯结构高分辨率和射线用的探测器灵敏体积较小,制成同可制成平面型高探测效率的探测器要求灵敏体积尽量大轴型平面型探测器图示出的一般,’平面型可以充分利用原材料以制成尽可能大的探测器图所示的沟槽型可改善电,、,⋯场分布减小漏电流降低噪声对高分辨。七护逻里‘斗,戴率的探测器比较适用这两种结构的特点是《势垒城注入,灵敏体积与直径、耗尽层厚度有关,入射窗,,,。才丫薄可测到的能最典型尺寸为套,小一咭同轴型探测器常规电极型图,面

6、盆或注人,扩金到由型锗制成可适用的能量范围为一‘,洛‘“,灵,,入射窗较厚敏区与真择有关图探测器的几何形状示意图,以探测效率反肠的探测器为例冉型尺寸。,,。,朴芯内径芯长倒置电极型图由型锗制成可适用的,,,。能最范围为一窗薄抗中子辐照能力强其他性能同常规电极型,窗,低能锗探测器图用于一能量范围薄灵敏区与探测,,器直径和耗尽层厚度有关离子注入电极消除了谱的干扰电容小于同轴型和平面,,型可制成小的大面积器件分辨率较高,,井型锗探测器图能量范围一窗薄对小的被测样品探,,,,侧效率高接近接触但电容较大典型尺寸外径井直径扭井壁内,。深,其结构致冷装置由

7、真空室和桂瓦瓶两部分组成和体积视具体要求而定真空室必须保持清洁,避免低温时杂质凝固在探测器表面,使其性能哀变室内真空度一般约在,,切一杜瓦瓶要具有良好的隔热性能液氮消耗最小并防止液氮沸腾形成的颇噪声每争,已经发展和用高纯锗探测器能在童温下存放的特点了一种轻便式高哟锗探测器系统,适用于各种场合,如姆井等野外间断测量,反应堆燃料池的监测等。‘这种系统能在任一’,、、,,意方位上正常工作耐潮耐酸耐有机溶剂等恶劣气氛系统重仅一旅液氮保持时一,只要使用前约灌住液氮,便可投入使用三、性能电参数·灵敏区的场强及其分布决定电荷的运动和收集优质探测器,内各点的

8、电场吸皮应大于。卜。一’一一’,一“一,,,漏电流对平面型为。对同轴型为一。⋯灵敏区高纯锗探测器一般工作于全耗尽状态下,·囚此除死层以外整个锗材料均为对辐射灵敏。。