一種半導(dǎo)體探測器的制造方法
【專利說明】一種半導(dǎo)體探測器
[0001 ] 本案為申請?zhí)枮?01310149397.6的分案。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及探測器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體探測器。
【背景技術(shù)】
[0003]利用探測器測量高能射線例如X射線或γ射線的能譜是核素識別的重要手段之一。該種探測器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于核輻射防護(hù)、核安檢、環(huán)境保護(hù)及國土安全等領(lǐng)域，用于檢測放射性物質(zhì)。現(xiàn)有技術(shù)中，該種探測器主要分為兩類:一類是以NaI(Tl)為代表的閃爍體探測器，另一類是以高純鍺(HPGe)為代表的半導(dǎo)體探測器。
[0004]閃爍體探測器具有制備簡單和價格低廉的優(yōu)點。在檢測現(xiàn)場使用的便攜式γ譜儀通常為NaI或CsI閃爍體探測器。但是，閃爍體探測器的能量分辨率較低，其能量分辨率為6%-7% §662keV，無法滿足復(fù)雜能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)的測量要求。
[0005]高純鍺半導(dǎo)體探測器的能量分辨率高于閃爍體探測器。但是，高純鍺半導(dǎo)體探測器僅能在液氮溫度(77K)下保存和使用，無法在室溫下使用。一方面，高純鍺半導(dǎo)體探測器需要配置低溫容器和真空室，導(dǎo)致其體積和成本增加；另一方面，使用高純鍺半導(dǎo)體探測器時，需要頻繁地添加液氮，導(dǎo)致其無法滿足野外檢測現(xiàn)場的使用要求，使用范圍受到限制。
[0006]近年來，出現(xiàn)了能夠在室溫下工作的另一種半導(dǎo)體探測器，該種半導(dǎo)體探測器使用材料為取12、6&48、1181、0(^5丄(121^6(碲鋅鎘，簡寫為021')丄(156、63?、取5、？1312或41513的半導(dǎo)體晶體。該種半導(dǎo)體探測器具有體積小、便于攜帶、能量分辨率高、探測效率高和能在室溫下工作的優(yōu)點。目前，該種半導(dǎo)體探測器已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、核醫(yī)學(xué)、工業(yè)無損檢測、安全檢查、核武器突防、航空航天、天體物理和高能物理等領(lǐng)域。
[0007]CdZnTe半導(dǎo)體晶體的禁帶為1.57eV，其阻抗高達(dá)101()Ω/cm，其平均原子序數(shù)為49.1,其密度為5.78g/cm3，生成一對電子_空穴對需要的能量為4.64eV，是能在室溫下工作且能處理2百萬光子/(s.mm2)的唯一半導(dǎo)體材料。研究表明，使用CdZnTe半導(dǎo)體晶體的半導(dǎo)體探測器的性能最優(yōu)異、最適于在室溫下使用。
[0008]與閃爍體探測器相比，CdZnTe探測器的能量分辨率有所提高，其能量分辨率明顯高于NaI閃爍體探測器。與HPGe探測器相比，CdZnTe探測器的禁帶較寬，阻抗較大，載流子濃度較低，使其在施加偏壓后暗電流較小，是一種能在室溫下工作的半導(dǎo)體探測器。
[0009]但是，CdZnTe晶體通常不均勻，存在結(jié)構(gòu)缺陷，因此CdZnTe晶體的載流子的迀移率較低，載流子的漂移時間較長，容易產(chǎn)生載流子(尤其是空穴)俘獲現(xiàn)象，即載流子壽命較短。載流子的俘獲現(xiàn)象導(dǎo)致CdZnTe半導(dǎo)體探測器的能量分辨率降低，采用CdZnTe半導(dǎo)體探測器測量獲得的能譜出現(xiàn)低能尾巴現(xiàn)象。
[0010]為了提高CdZnTe半導(dǎo)體探測器的能量分辨率，CdZnTe半導(dǎo)體探測器通常采用具有單極性電荷靈敏特性的電極。該種具有單極性電荷靈敏特性的電極形成電場，高能射線與晶體相互作用產(chǎn)生的電子和空穴受電場作用向不同方向運動，其中電子向陽極運動，空穴向陰極運動。由于遠(yuǎn)離收集電極的位置的權(quán)重電勢很小，因此空穴在遠(yuǎn)離收集電極的位置的運動對感應(yīng)信號的貢獻(xiàn)非常小，感應(yīng)信號主要由電子貢獻(xiàn)，從而實現(xiàn)單極性電荷靈敏的半導(dǎo)體探測器?，F(xiàn)有技術(shù)中，基于單極性電荷靈敏特性的CdZnTe半導(dǎo)體探測器主要包括:平行弗里希棚■型(Parallel Frisch Grid)、共面弗里希棚.型(Coplanar Frisch Grid)、半球形(Hemisphere)、帽型(CAPture)、準(zhǔn)半球型(Quas1-hemisphere)和小像素型(PixeIated)等。
[0011]單極性電荷靈敏的半導(dǎo)體探測器可以在一定程度上降低因空穴迀移速度慢和壽命短對能量分辨率帶來的不良影響。但是，運動的電子也會受CdZnTe半導(dǎo)體晶體缺陷的影響而被俘獲，尤其是在電場強(qiáng)度低、漂移時間長的情況下，電子被俘獲較為顯著，這導(dǎo)致CdZnTe半導(dǎo)體探測器的收集電極的輸出信號幅度漲落，從而影響CdZnTe半導(dǎo)體探測器的能量分辨率。
[0012]綜上所述，需要進(jìn)一步提高CdZnTe半導(dǎo)體探測器的能量分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體探測器。
[0014]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體探測器包括半導(dǎo)體晶體、陰極、陽極和至少一個階梯電極；
[0015]所述半導(dǎo)體晶體包括頂面、底面和至少一個側(cè)面;所述陰極、所述陽極和所述階梯電極都為沉積于所述半導(dǎo)體晶體表面的導(dǎo)電薄膜；
[0016]所述陰極設(shè)于所述半導(dǎo)體晶體的所述底面上，所述陽極設(shè)于所述半導(dǎo)體晶體的所述頂面上，所述階梯電極設(shè)于所述半導(dǎo)體晶體的至少一個側(cè)面上；
[0017]所述階梯電極包括多個子電極。
[0018]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體晶體的形狀為長方體。
[0019]優(yōu)選地，所述陽極呈長方形且覆蓋所述頂面的中間位置的部分區(qū)域;所述半導(dǎo)體探測器包括第一階梯電極和第二階梯電極;所述第一階梯電極和第二階梯電極分別設(shè)于所述半導(dǎo)體晶體的位置相對的第一側(cè)面和第二側(cè)面上。
[0020]優(yōu)選地，所述陰極覆蓋所述底面的全部區(qū)域。
[0021]優(yōu)選地，所述陰極包括均勻地設(shè)于所述底面上的多個長方形的子電極，且其任意相鄰的兩個子電極之間設(shè)有間隙。
[0022]優(yōu)選地，所述陰極的子電極的長邊與所述陽極的長邊平行。
[0023]優(yōu)選地，所述陰極的子電極的長邊與所述陽極的長邊垂直。
[0024]優(yōu)選地，所述第一階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第一側(cè)面上的多個長方形的子電極，且其任意相鄰的兩個子電極之間設(shè)有間隙；所述第二階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第二側(cè)面上的多個子電極，所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的數(shù)目和形狀相同，且所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的位置一一相對。
[0025]優(yōu)選地，所述第一階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第一側(cè)面上以及所述頂面的與所述第一側(cè)面相鄰的部分區(qū)域內(nèi)的多個長方形的子電極，且其任意相鄰的兩個子電極之間設(shè)有間隙;所述第二階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第二側(cè)面上以及所述頂面的與所述第二側(cè)面相鄰的部分區(qū)域內(nèi)的多個子電極，所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的數(shù)目和形狀相同，且所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的位置相對。
[0026]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體晶體的所述底面與所述第一側(cè)面和所述第二側(cè)面連接處的棱角被倒角，所述陰極覆蓋所述半導(dǎo)體晶體的倒角后的所述底面的全部區(qū)域。
[0027]優(yōu)選地，所述第一階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第一側(cè)面上的多個長方形的子電極，且其任意相鄰的兩個子電極之間設(shè)有間隙；所述第二階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第二側(cè)面上的多個子電極，所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的數(shù)目和形狀相同，且所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的位置一一相對。
[0028]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體晶體的剖面呈扇形，所述底面為弧形面，所述頂面為長方形，所述陽極設(shè)于所述頂面上且覆蓋所述頂面的全部區(qū)域。
[0029]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體探測器包括第一階梯電極和第二階梯電極;所述第一階梯電極和第二階梯電極分別設(shè)于所述半導(dǎo)體晶體的位置相對的第一側(cè)面和第二側(cè)面上。
[0030]優(yōu)選地，所述第一階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第一側(cè)面上的多個長方形的子電極，且其任意相鄰的兩個子電極之間設(shè)有間隙；所述第二階梯電極包括均勻地設(shè)于所述第二側(cè)面上的多個子電極，所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的數(shù)目和形狀相同，且所述第二階梯電極的子電極與所述第一階梯電極的子電極的位置一一相對。
[0031]優(yōu)選地，所述陽極呈圓形或橢圓形且覆蓋所述頂面的中間位置的部分區(qū)域;所述陰極覆蓋所述底面的全部區(qū)域;所述半導(dǎo)體探測器包括第一階梯電極、第二階梯電極、第三階梯