《碘化汞探测器》ppt课件.pptx

HgI2探测器 张德龙1 2 3 4 碘化汞及其探测器简介 发展历史 应用领域 工作原理及特点 HgI2及其探测器简介 碘化汞晶体 碘化汞有两种变体。一种是红色碘化汞，四方晶体。一种是黄色碘化汞，正交晶体。不溶于水，溶于甲醇、乙醇、氯仿、丙酮等溶液。可用于医药，并用作化学试剂。碘化汞晶体有剧毒，如果泄漏将引起环境危害。 碘化汞在自然界中以极其罕见的碘汞矿的形式存在。 HgI2晶体制备通常采用气相法沉积和溶液法。近几十年来，国内外对于溶液法生长碘化汞的研究比较重视． α-HgI2晶体的晶胞模型 碘化汞探测器的实验制备 从生长的样品中选取出结构致密、分布均匀、位错密度小于103cm- 2的多晶HgI2晶片, 沿垂直(001)方向对长晶面进行机械粗抛光, 接着进行细抛光。对经过机械抛光的多晶HgI2晶片, 初测其厚度, 以达到预定的要求。根据制备探测器的要求, 晶片厚度在150～1500μm比较适宜。 将机械抛光好的实验样品, 用10%KI 溶液在室温300 K下进行约2 min 的化学腐蚀抛光, 然后立即用去离子水反复清洗, 在清洁的气氛中晾干后在抛光面蒸镀金电极(100 nm)。 多晶HgI2探测器结构图 对于作好了电极的多晶碘化汞晶片, 同时在两电极(面电极为金, 底电极为ITO)上用胶体石墨粘接直径约30 μm的钯丝引至外电路;最后, 晶片蒸涂上一层聚对二甲苯为保护膜, 并用硅橡胶粘接安装在聚四氟乙烯基座上, 再密封安装在带窗口的铝盒内。探测器的结构如图所示。 工作原理及特点 工作原理 HgI2 探测器的工作原理与其他半导体探测器相似。当带电粒子或X，γ射线进入HgI2耗尽层时, 它以光电吸收截面把射线能量转换成电荷, 激发产生电子-空穴对并使晶体具有导电性。在探测器上加足够高的电压, 以产生较强的电场(104-105V/cm), 尽可能完全地收集这些电荷。电子-空穴对在外电场作用下, 分别被收集到正、负极, 并产生输出脉冲。 此脉冲的高度正比于所产生的电子-空穴对数目, 即正比于入射射线的能量。输出脉冲经低噪声前置放大器和脉冲放大器整形输出，记录在多道脉冲分析器上。因此, 由收集电荷的多少或脉冲幅度的高低可确定入射射线能量, 而由单位时间的脉冲数可确定入射射线强弱。 碘化汞的特点 碘化汞(HgI2)单晶直接跃迁宽带隙的Ⅱ-Ⅶ 族化合物半导体，是优异的光电导材料，它具有较大的平均原子序数(有效原子序数62 , 密度6.40 g/cm3 )，禁带宽度很大，为2.13eV，电阻率高为1013Ωcm，这些比CdTe，锗等半导体材料还大。 碘化汞探测器与人们熟知的CdZnTe和CdTe探测器相比,HgI2具有更高的探测效率, 更高的电阻率, 更好的室温操作性能。而且由HgI2探测器构成的高分辨率 X,γ射线谱仪，对低能光子的探测，其探测效率也大大优于Si和Ge探测器。 此外，HgI2晶体是半绝缘体, 其探测器的漏电流很小。而且其探测器电离效率高，能量线性高，能量分辨率高，经高辐射剂量照射后探测器的灵敏度不变(抗辐射性能好、无极化效应)，也具有很好的温度特性，可以工作在200-400℃下。 另外用HgI2制备的探测器具有使用寿命长、耐气候变化、低功耗，计数率高，体积小、重量轻、致密性好以及电子学噪声低等特点。由于其具有诸多特性，所以在制备室温核辐射探测器时，碘化汞是一种很好的备选材料。 发展历史 国外 Chepur于1956年首先发现HgI2晶体具有优异的核辐射敏感特性。 Willig和Roth于1971年首次提出采用HgI2制作室温核辐射探测器的设想。 对于HgI2材料探测器的研究，国际上最重要的组织和个人有以色列 Real Time Radiography(RTR)公司和以色列 Hebrew大学(HU)。 以Schieber为代表，他们多年来一直从事HgI2方面的研究，1997年开始转入多晶HgI2厚膜的沉积、特性及 X 射线透视成像和工业无损检测方面的应用。 美国 Varian Ginzton 技术中心，Zentai 及其同事从2002 开始一直从事大面积HgI2多晶探测器的研制以及 X 射线透射成像、实时成像和无损检测方面的应用。 美国 Constellation 技术公司，Lodewijk 等人从 1991年开始从事 HgI2单晶 X 和 γ 射线探测器的研制和材料性能的研究；加利福尼亚Photon Imaging 公司和密西根大学也进行了较多的研究。 其它在这方面也做了一定研究的组织有美国田纳西州 Fisk 大学，日本的 Tohoku 大学，韩国 Inje 大学，釜山国立大学，乌拉圭大学,巴西圣保罗大学等。 国内 国内研究碘化汞的主要机构有：四川大学材料系，也是国内研究最早的，文章发表于 1986