[发明专利]一种阻态敏感CdZnTe辐射探测器及其制造方法

说明书

本发明请求保护一种阻态敏感CdZnTe辐射探测器及其制备方法，其特征在于，从上至下依次包括：Au电极阴极电极层、高原子序数CdZnTe晶体辐射作用层、双层氧化钒VOx材料层、Ti/Pt阳极电极层及Ti/Pt电极读出电极层，其中，当高原子序数CdZnTe晶体辐射作用层接受辐射后产生感应电荷信号时，感应电荷信号在双层氧化钒VOx材料层的上下电极形成相应电场，所形成的电场随入射光子能量发生变化，氧化钒VOx材料层薄膜中的氧空位发生非永久性迁移，导致氧化钒VOx材料层相对厚度发生改变，使得Ti/Pt电极读出电极层读出的电阻值产生变化。本发明能够有效降低传统电荷灵敏前置放大电路的高成本及复杂度，同时能够有效提高信号传输链路的抗干扰性。

技术领域

本发明属于II-VI族化合物半导体的辐射探测器件，尤其涉及将光生载流子感应电荷信号作为探测物理量的辐射探测器件，主要应用于辐射脉冲幅度探测及脉冲甄别计数的核辐射能谱探测领域。

背景技术

对辐射探测器而言，通过射线辐射能量的差异可区分不同的X射线或放射性核素，实现X射线强度、Gamma射线所包含不同核素能量的测量。

根据探测器使用的材料不同，辐射探测器可分为气体电离计数器、闪烁体探测器和半导体探测器等。气体电离计数器出现最早，但由于对不同的射线输入均产生相同的脉冲输出，因此灵敏度差，且很难分辨射线的种类。闪烁体探测器必需和光电倍增管等一起搭配使用，限制了能量分辨率的提高。半导体辐射探测器具有很高的探测效率和能量分辨率，是目前高能量分辨率辐射探测器的典型代表。

与传统气体、闪烁体辐射探测器相比，半导体辐射探测器最主要的优点是能够通过探测光生载流子迁移产生的感应电荷量来实现入射辐射光子能量信息的探测甄别，同时与前端读出系统芯片封装在一起，可制作成高分辨率和小面积的成像探测器。

通常情况下，半导体辐射探测器主要由半导体晶体材料、读出电极、感应信号处理电路和控制系统组成。半导体晶体材料方面，根据所需要探测的辐射能量范围可以采用不同的辐射作用介质晶体材料，对低能X射线探测，可以采用未掺杂Si晶体材料；对中高能X射线、Gamma射线及中子辐射可以采用高原子序数CdTe/CdZnTe材料。

1.2与本发明相关的现有技术一

1.2.1现有技术一的技术方案

现阶段半导体辐射探测器都主要采取结构简单的三明治探测器结构，阴极为施加负偏压的整体平面电极，射线光子从阴极面入射，在CdZnTe晶体内部产生电子空穴对云，阳极为与信号处理电路直接相连的整体平面电极，在阴极外加偏压的影响下，所产生电子空穴载流子分别向两极迁移，最终在电极上产生与入射光子能量成正比的感应电荷量，通过外电路(电荷灵敏前置放大电路)将感应电荷信号进行前置放大并输送到后续电压信号处理电路进行后处理，三明治器件结构一直是半导体辐射探测器的主要结构形式之一(图1)。

就结构而言，如图1传统像素阵列半导体辐射探测器结构示意图，三明治结构的碲锌镉(CdZnTe)半导体辐射探测器主要由以下核心部件组成：与辐射光子相作用的半导体材料CdZnTe晶体，在半导体材料表面制备的阴极电极以及与读出电路紧密连接的阳极电极。从图1可知，三明治结构CdZnTe半导体辐射探测器采用一个整体CdZnTe晶体与辐射光子作用，进而由底部阳极电极收集晶体内部产生的感应电荷信号，这一信号处理流程对探测器信号通道噪声性能要求极高，一般而言，为了使探测器具有更高的信噪比，阳极电极都通过倒装焊接工艺与读出ASIC直接相连从而缩短信号传输距离，降低噪声干扰。