半導體探測器的製作方法
2023-06-09 09:24:31 2
本實用新型涉及半導體探測器，具體地涉及半導體探測器，更具體地涉及場增強型線電極碲鋅鎘半導體探測器。
背景技術：
場增強型半導體探測器由於其較均勻的電場分布，大大地提高了探測器的能量解析度、峰谷比等性能。但是在實際的應用中，場增強電極的高壓直接連接到探測器的側面，通常採用高壓線直接焊接的方式，裸露的高壓會帶來安全隱患，同時安裝也不方便，不適合實際應用；由於高壓源也攜帶著噪聲，增加了探測器的噪聲，同時場增強電極之間也會產生暗電流影響探測器的性能；同時，在電荷漂移的過程中，場增強電極也會吸收部分信號，使得陽極的收集效率有所降低。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於進一步提高產增強型線電極碲鋅鎘半導體探測器的能量解析度，減少場增強電極中暗電流對探測器的影響，提高場增強電極高壓連接的安全性和穩固性。
根據本實用新型的一個方面，提出了一種半導體探測器，尤其是場增強型半導體探測器。
所述半導體探測器，包括：探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極；場增強電極，用於向探測器晶體施加電壓；絕緣材料，設置於所述場增強電極和所述探測器晶體表面之間。
優選地，所述絕緣材料覆蓋所述場增強電極一側的整個探測器電晶體表面。
優選地，所述探測器晶體是碲鋅鎘晶體。
優選地，所述半導體探測器還包括場增強電極電路板，所述增強電極電路板具有與探測器晶體表面接觸的底部連接層和與所述底部連接層相對的頂層，其中所述頂層連接半導體探測器的高壓輸入，所述底部連接層與所述探測器晶體的探測器表面之間存在絕緣材料。
優選地，所述場增強電極電路板還包括多個過孔，所述頂層和所述底部連接層通過所述過孔相連。
優選地，所述頂層通過焊接貼片插座或者直接焊接高壓線與外部高壓源相連。
優選地，在所述陰極電路板高壓端頂層中設置濾波電路。
優選地，所述濾波電路採用無源濾波。
優選地，所述濾波電路設置於所述場增強電極電路板的頂層的邊緣。
優選地，所述場增強電極電路板是柔性電路板。
優選地，所述濾波電路設置於所述柔性電路板中。
優選地，所述頂層中還設置有分壓電路，所述分壓電路與獨立電源一起向所述增強場電極電路板供電。
本實用新型通過在場增強電極之間加入絕緣材料，在為探測器提供均勻電場的同時，阻擋高壓噪聲進入探測器晶體，阻擋探測器中的信號被場增強電極吸收。
本實用新型還提供了採用PCB封裝的方式，給場增強電極提供高壓，分壓電路減少了高壓源數目的需求，濾波電路提高了高壓的信噪比，縮短了與探測器電極之間的距離，提高了探測器的能量解析度。
通過本實用新型的半導體探測器及其封裝方法，可以提供一種能夠在室溫下工作的具有較高能量解析度的優化的場增強型線電極CdZnTe碲鋅鎘半導體探測器，能夠進一步提高場增強線電極探測器的能量解析度，減少暗電流的影響。本實用新型可應用於核輻射探測、放射性核素鑑別、輻射成像和核技術應用等領域。
附圖說明
圖1示出了根據本實用新型實施例的半導體探測器的結構的側視圖；
圖2示出了根據本實用新型實施例的場增強電極電路板封裝結構的示意圖；
圖3示出了根據本實用新型實施例的場增強電極電路板的頂層和底層的示意圖。
具體實施方式
現在對本實用新型的實施例提供詳細參考，其範例在附圖中說明，圖中相同的數字全部代表相同的元件。為解釋本實用新型下述實施例將參考附圖被描述。
本實用新型在場增強電極與探測器表面添加絕緣物質，這能夠減少側面場增強高壓的噪聲對探測器的影響，也會減小場增強電極之間的暗電流，提高探測器的能量解析度。
圖1示出了根據本實用新型實施例的半導體探測器的結構的側視圖。如圖1所示，所述半導體探測器包括半導體探測器材料3，可以為CZT(Cadmium zinc telluride)、CdTe(cadmium telluride)、CdMnTe(cadmium manganese telluride)、HgI2(mercury iodide)、TlBr(thallium bromide)、PbI2(lead iodide)、GaAs(gallium arsenide)、Ge(germanium)等；絕緣材料2；以及場增強電極1。所述場增強電極根據設備的要求會連接不同的高壓，使得探測器內部的電場分布均勻，增加電荷收集效率。
具體地，所述一種半導體探測器，包括：探測器晶體，包括晶體主體、陽極和陰極；場增強電極，用於向探測器晶體施加電壓；絕緣材料，設置於所述場增強電極和所述探測器晶體表面之間。
優選地，所述探測器晶體是碲鋅鎘晶體。
所述絕緣材料覆蓋所述場增強電極一側的整個探測器電晶體表面。所述絕緣材料的形狀和大小可以與場增強電極的形狀和大小一致。也就是說，絕緣材料的寬度可以等於場增強線電極的寬度，可以大於場增強線電極的寬度，也可以覆蓋探測器場增強電極施加面的整面。絕緣材料的尺寸大小在這裡沒有具體地限制。
在現有的半導體探測器中，需要將場增強的高壓通過高壓線焊接到探測器的場增強電極，焊接過程需要十分小心，同樣這種方式也會給探測器的使用帶來不便。高壓焊線方式會在應用過程中斷裂，損壞探測器。
圖2示出了根據本實用新型實施例的場增強電極電路板封裝結構的示意圖。本實用新型採用了PCB封裝的方式為場增強電極添加高壓，在此稱PCB板與探測器封裝的一面為PCB底層，與背面相對的為PCB的頂層。PCB底層為探測器的場增強條形電極，PCB與在與探測器相連接的地方有絕緣材料2。具體地，所述半導體探測器還包括場增強電極電路板，所述增強電極電路板具有與探測器晶體表面接觸的底部連接層和與所述底部連接層相對的頂層，其中所述頂層連接半導體探測器的高壓輸入，所述底部連接層與所述探測器晶體的探測器表面之間存在絕緣材料。
所述場增強電極電路板還包括多個過孔，所述頂層和所述底部連接層通過所述過孔相連。所述頂層通過焊接貼片或者直接焊接與外部高壓源相連。
圖3示出了根據本實用新型實施例的場增強電極電路板的頂層和底層的示意圖。PCB板的結構設計如圖3所示。其中頂層結構包括了高壓接口，實現與高壓源連接。頂層可以還包括分壓電路，與獨立電源提供高壓，本實用新型減少了高壓源的個數，縮短了高壓源與探測器電極之間的距離；在PCB的頂層設計了濾波電路，能夠提高濾波效果，減少高壓噪聲對探測器的影響；頂層的高壓通過過孔與底層的電極相連接，過孔的數目不限，可以為多個，多種分布。其中底層的電極設計與探測器的場增強電極的形狀相同，通過膠連的方式與探測器連接，或者採用其他連接方式。
具體地，在所述陰極電路板高壓端頂層中設置濾波電路。所述濾波電路採用無源濾波。所述濾波電路設置於所述場增強電極電路板的頂層的邊緣。所述場增強電極電路板是柔性電路板。所述濾波電路設置於所述柔性電路板中。所述頂層中還設置有分壓電路，所述分壓電路與獨立電源一起向所述增強場電極電路板供電。
通過本實用新型的半導體探測器及其封裝方法，可以提供一種能夠在室溫下工作的具有較高能量解析度的優化的場增強型線電極CdZnTe碲鋅鎘半導體探測器，能夠進一步提高場增強線電極探測器的能量解析度，減少暗電流的影響。本實用新型可應用於核輻射探測、放射性核素鑑別、輻射成像和核技術應用等領域。
儘管已經參考本實用新型的典型實施例，具體示出和描述了本實用新型，但本領域普通技術人員應當理解，在不脫離所附權利要求所限定的本實用新型的精神和範圍的情況下，可以對這些實施例進行形式和細節上的多種改變。