[发明专利]一种半导体制冷的X射线硅pin探测器

说明书

一种半导体制冷的X射线硅pin探测器，包括：陶瓷管座，其边缘均匀设有若干引脚；设于陶瓷管座上的制冷器，其上封装有分别与引脚连接的Si‑Pin探测器、JFET场效应管、反馈电容、测试电容、热敏电阻，所述Si‑Pin探测器的探头内部充装有氦气，所述JFET场效应管具有源极、漏极、栅极，其中源极与漏极分别连接于引脚，栅极连接于Si‑Pin探测器，所述反馈电容、测试电容分别连接于Si‑Pin探测器；罩设于陶瓷管座上方的屏蔽罩；正向偏置电荷灵敏前置放大器，其正极连接于Si‑Pin探测器，负极接地，输出端与反馈电容连接后与电源输出端连接。该硅pin探测器具有结构简单、探测精准、工作效率高的优点。

【技术领域】

本发明涉及一种硅pin探测器，具体涉及一种半导体制冷的X射线硅pin探测器。

【背景技术】

X射线由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，现已广泛应用于医疗、地质、采矿、选冶、石化、建材、环保、商检、考古等多个领域。目前如何测量得到高分辨率的X射线能谱是大家共同关注的问题。

Si-PIN探测器是一种高性能的PIN结构的以半导体材料Si为探测基体的X射线探测器，它采用注植工艺在探测器基体内部形成高阻(大于10GΩ)的I层。PIN(Positive-intrinsic-Negative)是一种结构，包括一层P型半导体(多数载流子是空穴，受主杂质为主导)、一层N型半导体(多数载流子为电子，施主杂质为主导，)以及二者中间的本征半导体I层。Si-PIN探测器具有结电容小、响应时间快(约为几十ns)、漏电流小、能量分辨率高、增益受磁场影响较小等特点，常用于测量高分辨率的X射线能谱。

Si-PIN探测器的灵敏面积决定了其电容大小，面积越大导致漏电流和噪声越大，使得能量分辨率变差。为了获得较好的能量分辨，Si-PIN的有效面积不能太大。较大面积的Si-PIN探测器要求工作在低温和较长的成形时间条件下。在温差制冷-40℃条件下，250mm2Si-PIN测得55Fe能谱在5.9keV的能量分辨率好于200eV。

然而Si-PIN探测器需要避光测量，同时还需考虑到X射线源发出的X射线穿过一定的距离后到达探测器的衰减情况，另外Si-PIN探测器的输出电荷量十分微弱，为了提高信号的信噪比，获得较为理想的输出脉冲信号，就需要采用制冷器给Si-PIN探测器制冷，然而现有技术中并没有关于解决上述问题的相关探测器。

【发明内容】

针对上述问题，本发明提供一种采用半导体制冷，从而提高信号信噪比，获得理想输出脉冲信号的X射线硅pin探测器。

本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种半导体制冷的X射线硅pin探测器，包括：

陶瓷管座，其边缘部位均匀设有若干引脚；

设于陶瓷管座上的制冷器，其上封装有分别与引脚连接的Si-Pin探测器、JFET场效应管、反馈电容、测试电容、热敏电阻，所述Si-Pin探测器的探头内部充装有氦气，所述JFET场效应管具有源极、漏极、栅极，其中源极与漏极分别连接于引脚，栅极连接于Si-Pin探测器，所述反馈电容、测试电容分别连接于Si-Pin探测器；

罩设于陶瓷管座上方、用于对Si-Pin探测器进行避光的屏蔽罩；

正向偏置电荷灵敏前置放大器，其正极连接于Si-Pin探测器，负极接地，输出端与反馈电容连接后与电源输出端连接。

特别的，所述屏蔽罩为三层复合材料制作而成，由内至外分别为内镀铝层、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,以下简称PET)层、外镀铝层，所述内镀铝层与外镀铝层的厚度均为0.15um。

特别的，所述JFET场效应管、反馈电容应设于靠近Si-Pin探测器的位置。

特别的，所述JFET场效应管为裸晶圆。