[发明专利]用于测量辐射的半导体探测器及成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量辐射的半导体探测器及成像装置，更具体地涉及用于测量辐射的多能半导体探测器的传感器。

背景技术

在室温下工作的γ和X射线探测器中通常使用碲锌镉(即CdZnTe，以下简称为“CZT”)半导体传感器，相关的研究始于上个世纪60年代，并于1995年前后开始飞速发展。CZT半导体具有较高的原子序数(分别是48、30、52)和密度(6g/cm³)，从而对高能量的X和γ射线具有高的探测效率。CZT半导体的禁带宽是在1.5eV到2.2eV左右，使得CZT半导体探测器不需冷却系统在室温操作成为可能。并且，高质量的CZT晶体在大范围内温度变化的环境中晶体性能不会有明显变化，使得CZT半导体探测器可以工作在较宽的工作温度范围。在CZT半导体中产生一对电荷载体所需的能量约为4.6eV，因此，射线在CZT中产生的电荷载体数的统计涨落小，可以获得良好的能量分辨率；CZT半导体的电阻率高达10¹⁰Ωcm以上，保证了低的漏电流噪声，对能量分辨率的影响小。

今天，CZT半导体探测器的研究已经成熟，并开始商品化。小型的CZT传感器和包含CZT传感器的辐射成像装置已经面市，由于CZT在室温下的高能量分辨率，辐射成像装置的成像质量有大的提高。CZT半导体探测器的探测效率最适宜的能量段在200keV内，这是利用X光机进行医学成像和安全检测所使用的X射线能量段。低于200keV的X射线与半导体介质发生反应的主要类型是光电吸收。

为了提高图像对比度，以及为了通过计算物质的原子序数Z值区分有机物、金属、毒品及爆炸物等危险物品，需要多能(即对两个或更多个能量段敏感)的成像装置。

常规的双能辐射探测器采用三明治的结构，即前面是低能探测器，后面是高能探测器，中间夹有用于完全阻止低能射线的滤片，使得高能探测器只接受高能量的射线。这种结构的难点是低能射线的探测所需的探测厚度很小，而这样薄的低能探测器很难制备，成品率低。并且，位于低能探测器之后的相应读出电路对射线也有一定的吸收作用。

对于CZT传感器，通常选择阴极作为射线的入射窗。这是因为容易被陷落俘获的空穴的产生位置距阴极近，可以很快到达阴极，将阴极作为射线的入射窗可以减少被俘获的空穴的比例，从而减小信号的统计涨落。

当射线从阴极面入射时(即射线沿CZT晶体的厚度方向入射)，由于射线沿着厚度方向行进，因此为了提高对X射线的吸收比例，以便提高对X射线的探测效率以及降低X射线线的辐射剂量，需要增加探测器的厚度。然而，现在可获得的CZT晶体的最大厚度大约是10mm。如果CZT晶体的厚度达到15mm-20mm，则由于晶体内部的均匀性低，电荷陷落比例增加，结果信号发生大幅涨落。另一方面，如果增强CZT晶体的厚度，则不仅需要提高CZT传感器的工作电压，而且不得不增加电荷的收集时间，以便保证电荷的全部收集。

在已知的X射线成像装置中，主要使用电流积分型CZT探测器。

利用CZT传感器在室温下的良好能量分辨率，NOVA和eV公司分别推出了按照不同的能量段对单光子计数的多能探测成像装置。然而，由于电子学系统的运行速度方面的限制，计数型多能探测成像装置能够获得的计数率有限。当要求高的检测通过率和图像质量时，就需要采用大电流的X光机。对于沿同一方向入射的所有能量的射线，如果采用同一个信号处理电路处理并按照不同的能量段进行计数，则要求高数据处理速度。因此，计数型多能探测成像装置并不能完全满足强X光机辐射的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用同一块介质对至少一个能量段的辐射量进行测量的半导体探测器及成像装置。

根据本发明的一方面，提供一种用于测量辐射的半导体探测器，包括：半导体介质，该半导体介质吸收待测量的至少一个能量段的辐射；阳极电极，该阳极电极设置在半导体介质的一个表面上；阴极电极，该阴极电极设置在与所述一个表面相对的半导体介质的另一个表面上；以及信号处理电路，该信号处理电路与所述阳极电极和阴极电极连接，并将从所述阳极电极和阴极电极检测到的信号处理为表示辐射的能量沉积量的数值，其中，所述半导体介质接收沿着平行于电极平面的方向入射的辐射，并且，所述阳极电极和所述阴极电极沿着辐射的入射方向分成间隔开的多个子电极对，分别用于检测相应能量段的辐射的能量沉积量。

根据本发明的另一方面，提供一种包括上述半导体探测器的成像装置。