电流型碲锌镉探测器伽马灵敏度性能优化
2022-03-02韩和同
原子能科学技术 2022年2期
陈 翔,张 侃,郝 帅,张 凯,韩和同,*,侯 龙,*
(1.中国原子能科学研究院,北京 102413;2.西北核技术研究所,陕西 西安 710024)
碲锌镉(CdZnTe,简称CZT)晶体具有平均原子序数较高、电阻率高以及载流子迁移较快等特性,在X/γ射线探测方面具有极大应用前景。但由于CZT是一种三元化合物,在晶体生长中不可避免引入大量的缺陷和杂质,产生陷阱能级。陷阱能级对载流子的俘获效应(尤其是受主陷阱对迁移较慢的空穴的俘获作用),形成正空间电荷积聚,易使探测器发生极化,从而降低探测器载流子收集效率[1-2]。
已有相关研究表明:亚禁带光照能通过改变晶体内缺陷的占据份额,抑制探测器极化的形成,改善探测器载流子收集效率[3-6]。由于亚禁带光能量低于CZT晶体的禁带宽度,不能通过直接电离在导带和价带中同时产生电子-空穴对,其在探测器中产生的体电流主要是由亚禁带光照引起的电荷(电子或空穴)载流子去俘获贡献[4]。亚禁带光照能通过调控晶体内深缺陷能级的占据份额降低有效陷阱浓度(负空间电荷密度由9.03×109cm-3降至8.67×108cm-3),优化探测器性能(电子迁移率寿命积由8.59×10-4cm2/V升至1.17×10-3cm2/V)[5]。在亚禁带光照条件下,电子由价带跃迁至深受主能级(EV+0.75 eV),晶体内正空间电荷浓度降低,探测器极化效应减弱甚至消失,利用Pockels效应得到的晶体内电场更平坦[6]。但该技术对强脉冲射线测量(电流型测量)中CZT探测器性能的影响还无相关报道。在电流型测量中,由于入射γ射线强度很高(单次脉冲内出射射线强度一般高于1015s-1),无法实现单个粒子的分辨。……
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