文档介绍：第 30 卷第 5 期核技术 Vol. 30,
2007 年 5 月 NUCLEAR TECHNIQUES May 2007
基于 CdZnTe 探测器的低噪声小尺寸电荷
灵敏前置放大器的设计
郝魁红 1,2 王化祥 1 赵迎春 2
1(天津大学自动化学院天津 300072)
2(中国民航大学航空自动化学院天津 300300)
摘要通过分析 CdZnTe 半导体射线探测器的性能,并考虑到电荷灵敏放大器的噪声特性,设计了用于便携式
探测器中的低噪声小尺寸电荷灵敏放大器。在常温下,3mm×7mm×3mm 的 CdZnTe 探测器与小尺寸电荷灵敏
前置放大器探测系统对于 241Am d 的 γ射线的能量分辨率为 %。
关键词电荷灵敏放大器,CdZnTe 探测器, 噪声,能量分辨率
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近年来,射线非接触检测技术在诸多领域得到寸高质量化合物半导体晶体材料(GaAs、CdTe、
迅速发展,其中低成本、低剂量、非接触式、可成 CdZnTe、HgI2、CdSe 和 AlSb 等)及其探测器件的
像的射线检测设备的应用最为普遍。由于具体情况结构(如 MSN、PIN 和 MПN 等)和异质结(如
复杂多样,有时需要一种安全可靠的小型或便携式 MS、MIS 等)的制备技术为关键,具有室温灵敏度
检测仪器。但是,其检测的准确性受探测系统的散高、低噪声响应光谱宽、脉冲时间短、探测效率高、
射和能谱分析精度的影响,同时考虑为降低射线防体积小、稳定性高等优点[3]。
护难度,选择的射线源强度及能量较低,因此探测目前,研究和应用较多的室温半导体射线探测
信息较弱。为尽可能提高系统的信噪比,同时保证器有硅光电 PIN 二极管和 CdZnTe 探测器。硅光电
系统有较小体积,将半导体探测器和小尺寸电荷灵 PIN 二极管具有良好的能量分辨性能,漏电流小,
敏前置放大器应用于小型核探测装置,是一种非常噪声较低[4],但是直接探测射线能量范围窄,探测
有应用前景的技术[1,2]。由于 CdZnTe 等半导体核探高能射线效率低,对于能量在 —10keV 间的探测
测器的输出信号微弱,要从中获得有用信息,须优效率大于 90%,随着射线能量增高,量子效率下降
化设计电荷灵敏放大器和其他信号处理电路。本文很快,在 100keV 时大约只有 1%的量子效率,因此
就探测器的选择及其特性、核电子线路的设计应用探测能量较高的射线时必须经闪烁体耦合,而经闪
等进行一些探讨,采用 3mm×7mm×3mm CdZnTe 探烁体耦合后的探测器能量分辨率受闪烁体质量、性
测器结合设计的低噪声小尺寸电荷灵敏放大器,可能等限制。
得到较好的能量分辨率。常温下,探测系统对 CdZnTe(CZT)晶体是近年发展起来的一种性
的 241Am 源能量分辨率小于 3keV,较好地能优异的室温半导体核辐射探测器新材料,由其制
满足了小型或便携式射线检测仪器的要求。成的探测器具有以下重要性质[5,6]:
(1)电阻率高(可达 1011Ω•cm),禁带宽度较
1 CdZnTe 探测器的性能大,所制成的探测器漏电流小,便于应用于便携式
为实现便携