碘化汞探測器課件

HgI2探測器1234碘化汞及其探測器簡介發(fā)展歷史應(yīng)用領(lǐng)域工作原理及特點HgI2及其探測器簡介碘化汞探測器的實驗制備從生長的樣品中選取出結(jié)構(gòu)致密、分布均勻、位錯密度小于103cm-2的多晶HgI2晶片,沿垂直(001)方向?qū)﹂L晶面進(jìn)行機(jī)械粗拋光,接著進(jìn)行細(xì)拋光。對經(jīng)過機(jī)械拋光的多晶HgI2晶片,初測其厚度,以達(dá)到預(yù)定的要求。根據(jù)制備探測器的要求,晶片厚度在150～1500μm比較適宜。將機(jī)械拋光好的實驗樣品,用10%KI溶液在室溫300K下進(jìn)行約2min的化學(xué)腐蝕拋光,然后立即用去離子水反復(fù)清洗,在清潔的氣氛中晾干后在拋光面蒸鍍金電極(100nm)。多晶HgI2探測器結(jié)構(gòu)圖對于作好了電極的多晶碘化汞晶片,同時在兩電極(面電極為金,底電極為ITO)上用膠體石墨粘接直徑約30μm的鈀絲引至外電路;最后,晶片蒸涂上一層聚對二甲苯為保護(hù)膜,并用硅橡膠粘接安裝在聚四氟乙烯基座上,再密封安裝在帶窗口的鋁盒內(nèi)。探測器的結(jié)構(gòu)如圖所示。工作原理及特點碘化汞的特點碘化汞(HgI2)單晶直接躍遷寬帶隙的Ⅱ-Ⅶ族化合物半導(dǎo)體，是優(yōu)異的光電導(dǎo)材料，它具有較大的平均原子序數(shù)(有效原子序數(shù)62,密度6.40g/cm3)，禁帶寬度很大，為2.13eV，電阻率高為1013Ωcm，這些比CdTe，鍺等半導(dǎo)體材料還大。碘化汞探測器與人們熟知的CdZnTe和CdTe探測器相比,HgI2具有更高的探測效率,更高的電阻率,更好的室溫操作性能。而且由HgI2探測器構(gòu)成的高分辨率X,γ射線譜儀，對低能光子的探測，其探測效率也大大優(yōu)于Si和Ge探測器。此外，HgI2晶體是半絕緣體,其探測器的漏電流很小。而且其探測器電離效率高，能量線性高，能量分辨率高，經(jīng)高輻射劑量照射后探測器的靈敏度不變(抗輻射性能好、無極化效應(yīng))，也具有很好的溫度特性，可以工作在200-400℃下。另外用HgI2制備的探測器具有使用壽命長、耐氣候變化、低功耗，計數(shù)率高，體積小、重量輕、致密性好以及電子學(xué)噪聲低等特點。由于其具有諸多特性，所以在制備室溫核輻射探測器時，碘化汞是一種很好的備選材料。國外Chepur于1956年首先發(fā)現(xiàn)HgI2晶體具有優(yōu)異的核輻射敏感特性。Willig和Roth于1971年首次提出采用HgI2制作室溫核輻射探測器的設(shè)想。對于HgI2材料探測器的研究，國際上最重要的組織和個人有以色列RealTimeRadiography(RTR)公司和以色列Hebrew大學(xué)(HU)。以Schieber為代表，他們多年來一直從事HgI2方面的研究，1997年開始轉(zhuǎn)入多晶HgI2厚膜的沉積、特性及X射線透視成像和工業(yè)無損檢測方面的應(yīng)用。美國VarianGinzton技術(shù)中心，Zentai及其同事從2002開始一直從事大面積HgI2多晶探測器的研制以及X射線透射成像、實時成像和無損檢測方面的應(yīng)用。美國Constellation技術(shù)公司，Lodewijk等人從1991年開始從事HgI2單晶X和γ射線探測器的研制和材料性能的研究；加利福尼亞PhotonImaging公司和密西根大學(xué)也進(jìn)行了較多的研究。其它在這方面也做了一定研究的組織有美國田納西州Fisk大學(xué)，日本的Tohoku大學(xué)，韓國Inje大學(xué)，釜山國立大學(xué)，烏拉圭大學(xué),巴西圣保羅大學(xué)等。國內(nèi)國內(nèi)研究碘化汞的主要機(jī)構(gòu)有：四川大學(xué)材料系，也是國內(nèi)研究最早的，文章發(fā)表于1986年到2001年間，主要研究HgI2原料的提純，單晶的生長以及核輻射探測器的制作。上海大學(xué)從2004年開始研究碘化汞多晶，采用PVD法生長多晶HgI2，并對其光電特性做了研究，隨后作出了HgI2多晶核輻射探測器，并對能量分辨做了測試。西北工業(yè)大學(xué)近幾年來在研究高純多晶HgI2的制備。HgI2作為一種性能優(yōu)異的室溫高能核輻射(X,γ射線)探測器材料，已經(jīng)有三十余年的研究歷史了，在多年的HgI2探測器的研究歷程里，由于它的優(yōu)異性能，已經(jīng)將其應(yīng)用于多方面的領(lǐng)域中。應(yīng)用1）計數(shù)器由于HgI2晶體對X,γ射線和α,β帶電粒子等有較高的阻止本領(lǐng),將其做成的便攜式γ計數(shù)器,用以探測γ射線。這種計數(shù)器不需使用光電倍增管及高壓電源,只用一個周期性充電的高壓電容器作為電源即可。它與閃爍計數(shù)器相比,具有體積小、重量輕、漏電流小、靈敏度高和使用方便等優(yōu)點。2）核醫(yī)學(xué)HgI2計數(shù)器還廣泛用于核醫(yī)學(xué)。與氣體電離室或硅結(jié)二極管醫(yī)用探頭相比,HgI2的原子序數(shù)高,禁帶寬度大,工作在體溫時具有低噪聲、高靈敏度和高效率等優(yōu)點。例如,把125I作為一個永久性洽療源置入人體的癌變區(qū)時,可用長4.3cm,外徑0.9mm的針形HgI2探頭來測量輻射劑量。3)分光計用作分光計時,在X射線衍射、X射線熒光分析和X射線衍射天文學(xué)中可取代氣體探測器和閃爍探測器。厚度為1.2cm,體積約10cm3的厚型HgI2γ射線分光計,對1MeVγ射線的能量分辨率小于10%,對直到1.5MeVγ射線的探測效率約為80%。4）光電探測器為探測帶電粒子或γ射線的單脈沖,人們利用HgI2的強光電效應(yīng),把超低噪聲高分辨率的HgI2光電探測器與高效率的閃爍體經(jīng)光耦合構(gòu)成電離輻射探測器來探測閃爍光。HgI2PD可用于正電子發(fā)射計算機(jī)斷層照相(PECT),與使用光電倍增管的一些閃爍探測器相比,它有更高的能量分辨率和量子效率。此外還廣泛應(yīng)用于熒光分析，空間試驗，國防、野外勘探、工業(yè)檢測、無損檢測、環(huán)境保護(hù)、天文學(xué)和高能物理等領(lǐng)域。還需做的工作發(fā)展方向集中在對碘化汞基礎(chǔ)原料的研究及其殘留缺陷和雜質(zhì)特性的