CdZnTe核探測器的制備及性能測試研究.pdf

1、CdZnTe(CZT)核輻射探測器具有較高的探測效率和較好的能量分辨率，廣泛應(yīng)用于X、γ射線探測和成像裝置，在國家安全防務(wù)、核探測、核控制、天體物理以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。當(dāng)前CZT器件發(fā)展的瓶頸與關(guān)鍵是CZT晶體的質(zhì)量和器件制備工藝，本論文著重研究了不同電極沉積工藝對CZT探測器性能的影響，設(shè)計了CZT探測器的前置放大器，并研究了CZT探測器的能譜響應(yīng)性能，主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下： 1、采用超聲波掃描(SAM)、俄歇

2、電子能譜分析技術(shù)(AES)、電極粘附力測試和Ⅰ-Ⅴ特性測試等方法，分別研究了化學(xué)沉積、濺射和真空蒸發(fā)三種不同沉積工藝制備的電極接觸的界面特性(Au/p-CZT)。結(jié)果表明：化學(xué)法沉積的Au電極與CZT表面的附著力較大，歐姆接觸特性也較好，但該電極的沉積工藝不容易控制，電極接觸層的均勻性較差，Au電極與CZT之間的互擴散作用也較明顯；濺射沉積的Au電極有著較高的附著力，但濺射法對CZT表面的損傷較大，且歐姆接觸特性較差；真空蒸發(fā)法沉積工藝

3、容易控制，電極接觸層較為均勻，Au電極與CZT之間的相互擴散較小，且歐姆接觸特性較好，缺點是電極附著力相對較小。在上述工藝研究的基礎(chǔ)上，本文又提出了新的電極制備工藝，即Cr/Au復(fù)合電極制備工藝，并對該工藝下制備的器件進(jìn)行了性能研究。實驗結(jié)果表明，Cr/Au復(fù)合電極的附著力較大，電極接觸層較為均勻，歐姆接觸特性也較好，且其探測器能量分辨率較高。從綜合特性考慮，相對于上述三種傳統(tǒng)的電極制備工藝，Cr/Au復(fù)合電極沉積工藝是一種較為理想的C

4、ZT探測器的電極制備工藝，未見有文獻(xiàn)報道。 2、本文首次將微電子領(lǐng)域的熱循環(huán)老化試驗手段應(yīng)用于CZT探測器的電極老化研究，系統(tǒng)研究了上述四種不同電極制備工藝所制得的CZT探測器在老化試驗后的力學(xué)性能、電學(xué)性能以及能譜響應(yīng)特性。結(jié)果表明：在老化試驗后，這四種工藝制備的CZT探測器電極接觸的附著力均有明顯下降，但在老化試驗的初期，附著力下降較快；當(dāng)老化熱循環(huán)試驗達(dá)到一定程度后，隨熱循環(huán)周期的增加，附著力的變化將趨于平緩。在這四種工藝

5、中，濺射工藝制備的Au電極受到老化作用的影響最為明顯，而其余三種工藝制備的電極受老化作用的影響較??；老化作用對CZT探測器電極的電學(xué)性能也有很大影響，特別是濺射沉積和真空蒸發(fā)工藝制備的Au電極，經(jīng)老化試驗后，其歐姆接觸特性明顯變差。電極老化試驗對不同電極的CZT探測器的能譜響應(yīng)有不同影響。對于真空蒸發(fā)Au電極的探測器，經(jīng)老化試驗后，其能量分辨率明顯變差，由老化試驗前的8.3％變化為9.5％；而對于Cr/Au復(fù)合電極的探測器，經(jīng)老化試驗后

6、，其能量分辨率仍然接近于5％，并沒有發(fā)生很明顯的變化。 3、根據(jù)電荷靈敏放大器的基本特性，研制出了和本文制備的CZT探測器相匹配的前置放大電路，該放大電路能夠很好地將電荷轉(zhuǎn)化為電信號放大輸出，且放大因子達(dá)到了1013V/c，通過主放大器的進(jìn)一步放大后能夠在示波器上顯示出較為真實的相形脈沖，實驗結(jié)果與模擬信號數(shù)據(jù)相一致。 4、研究了不同偏壓、輻射條件對CZT探測器能譜響應(yīng)性能的影響，實驗結(jié)果表明，偏壓對CZT探測器的能量分