平面型碲锌镉（CZT）室温探测器的噪声和性能.pdf

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1、第34卷第6期核电子学与探测技术Vo1．34No．62014年6月NuclearElectronics&DetectionTechnologyJune．2014平面型碲锌镉(CZT)室温探测器的噪声和性能徐慧超，龚培荣(1．上海交通大学上海200240；2．中国科学院上海应用物理研究所，上海201800)摘要：CdZnTe(CZT)探测器是近年来迅速发展的新型半导体探测器，具有体积小、分辨率高、可在室温下工作等优点。论文通过分析探测器的噪声组成，并经过实验数据分析，证明了影响探测器性能的主要因素是探测器晶体内电荷收集不完全，并为探测仪器设计时的成形时间

2、选择提供了参考。关键词：CdZnTe(CZT)探测器；噪声；能谱分析中图分类号：TL814文献标志码：A文章编号：0258-0934(2014)06-0784-04在X、射线探测领域，许多材料被用来制由于CZT属于半绝缘体，因此制成的探测器为作探测器。自上世纪七十年代以来，许多研究无结的匀质电导型器件。借用反向偏置的二极机构都在努力探寻高原子序数、高密度和宽禁管中噪声分析的理论，该探测器中存在着3种带的化合物半导体或半绝缘体材料¨J，其中噪声源。并联电阻尺P的热噪声，串联电阻RJs最受关注的是CdTe晶体和CdZnTe(也称CZT)的热噪声，以及探测器

3、漏电流，的散粒噪声。晶体J。其中CZT晶体因为比CdTe晶体禁带RP是耗尽层或补偿层的电阻，尺S是探测器非更宽，所以有更高的电阻率、室温运用漏电流更灵敏区的材料体电阻与引线电阻之和。通常小、能量分辨率更高，因而更受青睐。即比前置放大器或探测器的偏置电阻大很多，本文通过分析CZT探测器的噪声组成，并因此其热噪声可以忽略，串联电阻尺s虽然比经过实验数据分析，证实了影响探测器性能的尺P的影响大，但是，对于性能优良的探测器来主要因素是探测器晶体内电荷收集不完全，并说“死区”很薄也可以忽略。为仪器探测时的成形时间选择提供了参考。匀质型半导体探测器的漏电流主要由两

4、部分组成。一种是高电场区周围产生的漏电流，1CdZnTe探测器中的噪声来源如半导体表面吸附原子后形成的表面电荷会引平面型CZT探测器就是在CZT晶体两个起漏电流，这种电流产生显著的低频噪声。另相对的平行平面上制备2个金属电极，电极覆一种是灵敏区内因热激发产生的电子一空穴对盖整个平面，形成固体电离室，入射粒子在晶体所造成的反向电流J。我们采用表面保护，内耗损能量，激发产生电荷使晶体具有电导性。使第一种漏电流大大降低，这样探测器的主要噪声源就是灵敏区内的漏电流。我们测得不同温度下探测器的漏电流与反向偏压的关系见图收稿日期：2014—04—181【基金项目：

5、国家自然科学基金的联合基金项目，可见在没有冷却的条件下，探测器的漏电(U1232115)资助。流也能达到nA量级。作者简介：徐慧超(1978一)，女，工程师，在读硕士研CZT探测系统的输入量是能量，所以系统究生，主要从事半导体核辐射探测器的研制和同步噪声可表示为等效噪声能量。辐射光束位置测量工作。ENE=(QVn／eVo^，)×W(1)784温度、主放的成形时间等因素)有关。工艺中应尽可能降低探测器的漏电流和减少探测器的电容，在使用中可通过降低工作温度来降低探测器的漏电流和FET的噪声，通过选择主放的成形时间来提高电子学系统的信噪比。这里的△系统就是图

6、2中的FWHM系统，在实验中可以用精密脉冲发生器代替放射源作为输入信号测得的总能量分辨率FWHM来估算FWHM系统。△完全收集与cdZnTe单晶材料有密切的关(探测器尺寸10mm×10mm×2ram)系，主要是由材料中的载流子的漂移特性下图1不同温度下探测器的漏电流与反(e)和T(h)来决定的J。向偏压的关系式中：Q为输人信号的电荷量，与人射粒子2探测器几何形状对能量分辨率的影的能量E成正比；W为平均电离能；输出电响压噪声均方根值；为输出电压信号幅度。我们采用实际测量能谱的方式来评价探测ENE与FWHM系统的关系见图2。器的噪声和性能，测量系统采用直流

7、耦合前置相对计数放大器，将探测器的阳极与前放输入端场效应1．OO管的门极相连，在探测器的阴极上加负高压。前置放大器输出的信号通过主放大器和模／数O．6l转换器(ADC)输人到多道分析器(MCA)，如图0．5O3，最终将入射射线的能谱显示在电脑屏幕t：9。。O探测部分割电．1成子形丽学电部路分f图2高斯形噪声能谱的线宽FWHM统多道脉冲由于能量色散型探测器最终的目标就是能分析器在最小的程度上区分出相邻的能量差，因此在软件部分———核辐射探测时通常用能量分辨(FWHM)来表冈I显示}_婺征探测器的性能。—．{谱分CZT探测器的能量分辨可用下式表示-4J：F

8、删=(△征+△统+△完全收集)／2(2)图3CZT探测器系统构成框图图4是由10mln×10m