专利名称：测量γ/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测结构的制作方法
技术领域：
本发明属于辐射探测技术，具体涉及一种测量Y/X辐射场强度的方法及采用电流工作模式的半导体探测器。
背景技术：
半导体探测器具有时间响应快、能量分辨率好、灵敏度高、使用方便等突出优点。尤其是近年来发展的CVD金刚石薄膜探测器(耐高温，工作温度可达500°C ;耐辐照，t匕Si-PIN半导体探测器高出3个量级)、CZT探测器(高Z ;伽马灵敏度高)、GaN探测器(亚纳秒时间响应)以其优异的性能及低噪声，成为深空探测、同步辐射、强中子、伽马射线、电子、重带电粒子和X射线等稳态和脉冲辐射场以及复杂环境脉冲辐射探测的研究热点，新型半导体探测器及其应用已成为当前辐射探测领域研究的前沿课题和较理想的探测器件之一。半导体探测器工作有两种模式脉冲计数模式和电流工作模式。与计数型半导体探测器相比，电流工作模式的半导体探测器为欧姆接触型，具有安培以上线性电流输出。对于较弱的辐射�。ǔ２捎寐龀寮剖Ｊ降奶讲馄鳎耸保讲馄髦苯臃湃敕涑。⑼ü胺拧⒅鞣藕投嗟婪治鱿低扯苑涑∏慷�、能谱分布实施测量。而在辐射场较强或脉冲状态时，脉冲计数模式不能满足测量要求，需要采用电流工作模式的探测器，此时，这类探测器与小电流测量仪或示波器相连接实施对时间-强度的测量。无论是计数模式还是电流模式，半导体探测器对辐射场强度进行测量时，事先必须刻度其辐射灵敏度，进而给出强度信息。但是，在Y/X射线测量的实验研究中发现，当￥/^射线能量在2001(^以上时，将电流模式工作的半导体探测器直接置于辐射场测量Y/X射线，很难得到准确的灵敏度结果。主要是来自Y /X射线与探测器周围物质作用产生的杂散电子进入探测器，使得无法对其辐射灵敏度进行准确的实验刻度。这一困难一直困扰着电流工作模式的半导体探测器的研究和应用，正因如此，自半导体探测器发现以来，很少见到用单只电流模式工作的半导体探测器用于测量强流Y/X辐射场强度或脉冲Y/X射线束流强度的报道。通过多年研究，我们发现在这类实验中，Y/X射线与电流型半导体探测器(Si-PIN探测器、CZT探测器、GaN探测器、CVD金刚石薄膜探测器等)周围物质产生的杂散电子进入探测器产生干扰信号是导致输出信号增大及灵敏度无法准确刻度的主要原因，这些杂散电子干扰信号有时比探测器对入射Y/X射线的本征响应要高出I 3倍，且干扰信号强度与测量环境、实验布局密切相关，使得每次测量结果都不一样。为了解决这一难题，将电流型半导体探测器用于Y/X射线强度绝对测量，必须滤除实验中外部杂散电子的干扰，设计、采用新的基于半导体探测器的探测结构。
发明内容
本发明目的是提供一种可测量Y/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测器，解决了现有技术中半导体探测器在电流工作模式下不能准确刻度其辐射灵敏度，从而无法用于Y/X射线强度绝对测量的技术问题。本发明的技术解决方案是一种测量Y/X辐射场强度的方法，其特殊之处在于包括以下步骤I]用杂散电子过滤片过滤Y/X射线与探测器周围物质作用产生的杂散电子；所述杂散电子过滤片为低原子序数绝缘介质材料；2]用电流型半导体探测器测量从杂散电子过滤片穿出的电子束和Y/X射线，记录电流型半导体探测器的输出电流；3]根据电流型半导体探测器的输出电流和探测器的电流灵敏度计算确定Y /X辐射场强度。
上述杂散电子过滤片的厚度是通过如下方式确定的调整杂散电子过滤片的厚度，直至探测器输出的信号电流不再增加，进入饱和区。上述杂散电子过滤片的厚度是通过如下方式确定的通过理论计算和实验测量初步选择能够过滤外来杂散电子的杂散电子过滤片厚度，以Si-PIN探测器作为校验探测器，通过测量Si-PIN探测器的电荷收集效率对理论计算和实验结构进行校验，最终确定杂散电子过滤片的厚度。上述杂散电子过滤片为绝缘材料，所述绝缘材料包括聚乙烯或聚四氟乙烯或胶木。上述电流型半导体探测器两电极为欧姆接触，其脉冲线性电流输出大于300mA。一种测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，包括工作在电流模式的半导体探测器2，还包括紧贴半导体探测器2的前端面且完全覆盖半导体探测器2灵敏区的杂散电子过滤片I。上包括用于嵌入杂散电子过滤片I和电流型半导体探测器2的绝缘材料封装外壳3 ;所述封装外壳3上设置有前后两个准直通道4，所述半导体探测器2位于两个准直通道4之间。上述电流型半导体探测器2包括电流型Si-PIN探测器、电流型CZT探测器、电流型GaN探测器或电流型CVD金刚石薄膜探测器；所述杂散电子过滤片I为绝缘材料，所述绝缘材料为聚乙烯或聚四氟乙烯或胶木。上述电流型半导体探测器两电极为欧姆接触，其脉冲线性电流输出大于300mA。本发明所具有的优点本发明提出一种可测量Y/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测结构，只需要在现有的半导体探测器正前方紧贴一块合适厚度的杂散电子过滤片，就可以消除Y/X射线在探测介质周围产生的杂散电子对探测信号的影响，而杂散电子过滤片对信号的影响可以通过理论计算和实验测量准确确定。本发明实现了基于电流型半导体探测器的探测结构对Y/X辐射灵敏度的准确刻度及对Y/X辐射场强度的绝对测量，解决了现有技术中半导体探测器在电流工作模式下不能用于Y/X辐射场强度的绝对测量的难题。
图I是本发明的基于电流型半导体探测器测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构的结构示意图2是理论计算Y /X辐射在半导体探测器中净沉积能量的计算模型示意图。图3是I. 25MeV的单位、射线在300 U m厚的探测器(Si-PIN探测器和CVD金刚石探测器)中净沉积能量随杂散电子过滤片厚度变化的理论计算结果。图4是杂散电子过滤片为聚四氟乙烯时，所需杂散电子过滤片的厚度随Y/X射线能量变化的理论计算结果。
图中，I-杂散电子过滤片；2_半导体探测器；3_封装外壳；4_准直通道。
具体实施例方式本发明提出了一种测量Y/X辐射场强度的方法，包括以下步骤I]用杂散电子过滤片过滤Y/X射线与探测器周围物质作用产生的杂散电子；杂散电子过滤片为低原子序数绝缘介质材料，一般为聚乙烯或聚四氟乙烯或胶木；低原子序数绝缘介质材料为平均原子序数小于等于9的绝缘介质材料，所需的杂散电子过滤片的厚度与单位Y /X射线在探测器内的净沉积能量相对应，可通过调整杂散电子过滤片的厚度同时测量探测器输出的信号电流的方法确定，当信号电流不再随厚度增加而增加时，探测器信号电流即达饱和值；当探测器输出的信号电流处于饱和区时，相应厚度即为所需的杂散电子过滤片的厚度。所需的杂散电子过滤片的厚度还可通过如下方式确定通过理论计算和实验初步选择能够过滤外来杂散电子的厚度，以Si-PIN探测器作为校验探测器，通过测量其电荷收集效率对理论计算和实验结构进行校验，最终确定所需的杂散电子过滤片厚度。2]用电流型半导体探测器对穿出杂散电子过滤片的Y/X射线和电子束进行测量；测量所用电流型半导体探测器两电极均为良好的欧姆接触(而不是肖特基接触)，其脉冲线性电流输出大于300mA。记录电流型半导体探测器的输出电流；电流型半导体探测器包括电流型Si-PIN探测器、电流型CZT探测器、电流型GaN探测器或电流型CVD金刚石薄膜探测器等电流型半导体探测器。3]根据电流型半导体探测器的输出电流和探测器的电流灵敏度计算确定Y /X辐射场强度。本发明一种测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，包括工作在电流模式的半导体探测器2、紧贴半导体探测器2的前端面且完全覆盖半导体探测器2灵敏区的杂散电子过滤片I、用于嵌入杂散电子过滤片I和半导体探测器2的绝缘材料制成的封装外壳3 ;封装外壳3设置有前后两个准直通道4 ;前方的准直通道位于杂散电子过滤片I的前面，后方的准直通道位于半导体探测器2的后面，准直通道的截面形状与半导体探测器2的灵敏区一致且面积小于等于半导体探测器2的灵敏区面积。探测器的辐射响应灵敏度可由其对辐射的电荷收集效率计算获得。Si-PIN半导体探测器，工艺成熟，基质Si为单晶结构，纯度可以达到99. 9999%以上，载流子在电场作用下输运的过程中被俘获的几率很�。蚨梢越迫衔涞绾墒占饰�100%。可以采用Si-PIN探测器作为校验探测器，通过测量其电荷收集效率对理论计算和实验结构进行校验，表I是前置不同厚度的杂散电子过滤片时Si-PIN探测器对6tlCo y射线的响应测量结果，其中7me为信号电流实验测量值，Imth为假设载流子被完全收集时的信号电流理论计算值，当聚乙烯杂散电子过滤片厚度小于4mm时，由于干扰信号的存在，输出信号的测量值比计算值大，无法获得正确的实验结果，而聚乙烯杂散电子过滤片厚度取4mm以上值时，可以获得nSi_PIN为100%，测量结果正确，表明设计的探测结构正确可行。表I
权利要求
1.一种测量Y/X辐射场强度的方法，其特征在于包括以下步骤 1]用杂散电子过滤片过滤Y/X射线与探测器周围物质作用产生的杂散电子；所述杂散电子过滤片为低原子序数绝缘介质材料； 2]用电流型半导体探测器测量从杂散电子过滤片穿出的电子束和Y/X射线，记录电流型半导体探测器的输出电流； 3]根据电流型半导体探测器的输出电流和探测器的电流灵敏度计算确定Y/X辐射场强度。
2.根据权利要求I所述的测量Y/X辐射场强度的方法，其特征在于 所述杂散电子过滤片的厚度是通过如下方式确定的调整杂散电子过滤片的厚度，直至探测器输出的信号电流不再增加，进入饱和区。
3.根据权利要求I所述的测量Y/X辐射场强度的方法，其特征在于 所述杂散电子过滤片的厚度是通过如下方式确定的通过理论计算和实验测量初步选择能够过滤外来杂散电子的杂散电子过滤片厚度，以Si-PIN探测器作为校验探测器，通过测量Si-PIN探测器的电荷收集效率对理论计算和实验结构进行校验，最终确定杂散电子过滤片的厚度。
4.根据权利要求I或2或3所述的测量Y/X辐射场强度的方法，其特征在于所述杂散电子过滤片为绝缘材料，所述绝缘材料包括聚乙烯或聚四氟乙烯或胶木。
5.根据权利要求4所述的测量Y/X辐射场强度的方法，其特征在于所述电流型半导体探测器两电极为欧姆接触，其脉冲线性电流输出大于300mA。
6.一种测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，包括工作在电流模式的半导体探测器(2)，其特征在于还包括紧贴半导体探测器(2)的前端面且完全覆盖半导体探测器(2)灵敏区的杂散电子过滤片(I)。
7.根据权利要求6所述的测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，其特征在于还包括用于嵌入杂散电子过滤片(I)和电流型半导体探测器(2)的绝缘材料封装外壳(3);所述封装外壳(3)上设置有前后两个准直通道(4)，所述半导体探测器(2)位于两个准直通道⑷之间。
8.根据权利要求6或7所述的测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，其特征在于所述电流型半导体探测器(2)包括电流型Si-PIN探测器、电流型CZT探测器、电流型GaN探测器或电流型CVD金刚石薄膜探测器；所述杂散电子过滤片(I)为绝缘材料，所述绝缘材料为聚乙烯或聚四氟乙烯或胶木。
9.根据权利要求6或7所述的测量Y/X辐射场强度的电流型半导体探测结构，其特征在于所述电流型半导体探测器两电极为欧姆接触，其脉冲线性电流输出大于300mA。
全文摘要
本发明涉及测量γ/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测结构，有以下步骤1]用杂散电子过滤片过滤γ/X射线与探测器周围物质作用产生的杂散电子；所述杂散电子过滤片为低原子序数绝缘介质材料；2]用电流型半导体探测器测量从杂散电子过滤片穿出的电子束和γ/X射线，记录电流型半导体探测器的输出电流；3]根据电流型半导体探测器的输出电流和探测器的电流灵敏度计算确定γ/X辐射场强度。本发明解决了现有技术中半导体探测器在电流工作模式下不能准确刻度其辐射灵敏度，从而无法用于γ/X射线强度绝对测量的技术问题。本发明实现了基于电流型半导体探测器的探测结构对γ/X辐射灵敏度的准确刻度及辐射场强度的绝对测量。
文档编号G01T1/24GK102636804SQ20111003848
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者欧阳晓平, 谭新建, 雷岚 申请人:西北核技术研究所
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