辐射检测组件、辐射检测器以及用于辐射检测的方法

专利名称：辐射检测组件、辐射检测器以及用于辐射检测的方法
技术领域：
本公开涉及用于辐射检测的装置和方法。更具体地，本公开描述可用于辐射检测 的半导体类型的复合材料以及该材料的使用方法。
背景技术：
本领域技术人员应当清楚，电离辐射以多种方式对物质产生影响。在电离辐射对 物质产生影响的不同方式中，有三点特别值得注意(1)康普顿散射；(2)光电吸收，以及 (3)偶产生。对于康普顿散射，电离辐射转换成带电粒子和中性粒子。例如，撞击伽马光子 可转换成电子和低能伽马光子。对于光电吸收，高能伽马光子可转换成一个或者多个带电 粒子。例如，伽马光子可被吸收，从而释出一个或者多个电子。对于偶产生，高能伽马光子 可转换成电子-正电子偶。本领域技术人员还应当理解，由初始辐射吸收所产生的伽马射线或者χ射线被称 为二次辐射。然后，二次辐射可以对物质产生影响并经历相同的三个过程(即，康普顿散 射、光电吸收或者偶产生)之一。可替选地，二次辐射可以从检测器材料发出而不产生任何 进一步的影响。由初始或者二次辐射吸收事件所产生的带电粒子(例如，电子、正电子等)在通过 电离或激励物质内的原子和分子而穿过该物质时损失它们的能量。电离产物可以具有足够 的能量，足以进一步电离和/或激励物质。辐射相互作用的过程继续，直至所有粒子被热能 化，使得粒子不再具有足以产生更多电离和/或激励效果的能量。类似的电离过程发生在 通过不带电粒子形式的辐射(例如中子辐照)而在物质中产生能量沉积的时候。辐射检测器可被分为闪烁器或者直接检测型设备。一般而言，闪烁辐射检测器不会被施加电压。因为没有施加至闪烁材料的电场，所 以通过入射辐射在闪烁器中产生的负带电粒子和正带电粒子由于它们之间相互吸引的电 力而重新结合。该重新结合伴随有时间相关的衰变图形。通常，重新结合形成被激励的原子 或者分子，该原子或者分子也衰变。在闪烁器中，重新结合和/或激励衰变导致发射一般在 电磁波频谱的可见部分中的光子。若闪烁器对于由于辐射吸收而发射的光是透明的，则从 闪烁器出来的发射光可被检测到。例如，闪烁器可以附着到光电倍增管，该光电倍增管将发 射光转换成电信号。发射光可提供与入射电离辐射有关的信息(例如，通量、计时、能量)。直接检测型设备通过收集由入射辐射所产生的电离产物(例如电荷载体)操作。 当电场施加至直接检测型固态设备时，正带电载体和负带电载体(即，电子和空穴)发生漂 移。这些电荷的运动可以转换成电信号。通过直接收集一些或者所有带电粒子可以测量该 电信号。可替选地，电信号可以测量附着到直接检测型设备的(或者是直接检测型设备的
7一部分的)电极处的一些或者所有的感生电荷。不管设备是闪烁检测器还是直接检测型设备，从辐射检测器收集的信号均与入射 辐射的能量有关。对于闪烁器，通过整合由将闪烁器光转换成电信号的光电倍增器输送的 电流可测量总电荷。对于直接检测型设备，可以在附着到该设备的(或者是该设备的一部 分的)电极处直接收集电荷。精确地表征与入射辐射相关的能量的能力在许多辐射检测应用中是有用的。例 如，在医学成像中，通过降低人体内产生的辐射散射影响，精确的能量表征可以用于提高图 像质量。因为放射性核素产生具有特定能量(例如，由锝-99m发射的140keV)的伽马射线， 具有与此能量不同的能量的伽马射线可被认为是体内散射事件的结果。能量测量的精度被 定量地表达成能量分辨率，能量分辨率通常被定义为测得的标准放射性同位素的能量峰值 (例如铯-137的峰值661keV)的宽度与在该峰值处测得的平均能量的比值。一般而言，可 用直接检测型设备获得的能量分辨率比用闪烁器获得的能量分辨率高。对于闪烁设备和直接检测型设备两者，辐射检测的效率为构成闪烁器和直接检测 型固态设备的材料的平均原子数(Z)的函数。即使利用Z较低的材料(例如，塑料、硅)，检 测低能伽马(例如，具有低于200keV的光子能量)也是高效。利用Z小的材料有效检测高 能伽马(例如，具有高于300keV的能量)需要大尺寸的检测器，这对于尺寸敏感的应用而 言是不利的特性。Z大的材料具有尺寸紧凑的优点，但是Z大的材料的电特性对于闪烁器而 言通常是不理想的。作为一个示例，铅玻璃(闪烁器)具有非常小的光输出，这妨碍了光电 倍增器将铅玻璃发出的光转换成电信号的能力。Z大的材料的电特性对于直接检测型设备而言通常是不理想的。作为一个示例， 固态半导体硫化铅中的电荷载体在重新结合或者被收集之前不能长距离移动。结果，只有 薄的检测器可以由硫化铅制成。在定量上，硫化铅的这一不利特性被称为低迁移率寿命积 (mobility-lifetime product)。由于该低迁移率寿命积，由硫化铅制成的直接检测型固态 设备不易以能够有效地检测高能伽马射线的配置来制造。直接检测型设备可以由不同材料的组合来制造。此类型的设计被描述为“夹层”检 测器。夹层检测器由交替的两种或更多种材料的层构成，每种材料具有不同的原子数。典 型的夹层检测器使用交替的、Z大的材料和Z小的材料的平面层。Z大的平面层将高能伽马 射线转换成二次带电粒子(例如电子)。相邻的Z小的平面层将二次带电粒子转换成其它 电荷载体，所述电荷载体然后被电极收集。夹层检测器的一个问题为非常难以确定在Z大的层中产生的二次带电粒子有多 少逃离该层并进入Z小的层。结果，这些夹层检测器在表征初始入射到Z大的平面层上的 伽马射线的能量时具有较差的精确性。该不精确性导致在许多情况下具有较差的能量分辨率。J. L. Gerstenmayer在美国专利No. 7，196，333中描述了一种类型的夹层检测器。 Gerstenmayer指出使用Z大的块状材料(例如铅)的平面部分，Gerstenmayer在权利要求 中将该Z大的块状材料的平面部分称为“第一材料的薄片”。第一材料的薄片位于复合材料 的平面层附近。复合材料的层由寄生粒子(guest particle)与由聚合物制成的主基质的 混合物组成。寄生粒子有涂层以防止凝聚。第一材料的薄片将伽马射线转换成二次电子。 然后复合层将所述二次电子转换成电荷载体，电荷载体被电极收集。
Gerstenmayer在描述他的发明的过程中公开了由包括寄生粒子和主基质的复合 材料构成的辐射检测器的一般构思，所述复合材料位于两个电极之间且被暴露在电场下。本领域技术人员应当理解，包括布置在聚合物基质中的寄生粒子的复合材料 可以具有与构成寄生粒子的材料的块状制备品不同的电子特性。例如，瓦特(Watt)指 出了布置在有机聚合物中的硫化铅寄生粒子的混合物具有比块状硫化铅长的迁移率寿 命(A ·瓦特、T ·艾希曼、H ·鲁宾思泰恩-邓洛普、P ·梅雷迪思，“在硫化铅纳米晶导电 聚合物复合物中的载流子传送”，应用物理快报，87，253109 (2005) (A Watt，T Eichman, H Rubinsztein-Dunlop, P Meredith. Carrier Transport in PbS Nanocrystal Conducting Polymer Composites. App 1. Phys. Lett. 87，253109 (2005))。Watt 指出了这样的混合物可 以用合适的电荷收集结构(例如，阳极、阴极)而构建成目的在于将可见光转换成电的设备 (即光电电池)。已知向小粒子(例如纳米粒子)施加涂层可改变这些粒子的电行为。例如， Talapin指出了具有宽带隙无机壳或者具有烷基胺有机壳的粒子表面钝化如何提高这些 粒子的量子效率(D*V·塔拉平、AL·罗加奇、A ·克努阿斯基、M ·哈泽、H·韦勒，“在 十六烷基胺_三辛基、氧化物_三辛基混合物中合成的高度发光的单分散CdSe和CdSe/ ZnS 纳米晶体”，纳米快报，1 207-211 (2001) (D. V Talapin, AL Rogach, A Kornowski, M Haase, H ffeller. Highly Luminescent Monodisperse CdSe and CdSe/ZnS Nanocrystals Synthesized in a Hexadecylamine-Trioctylphosphine Oxide-Trioctylphosphine Mixture. Nano Lett. 1 :207_211(2001)))。已知纳米粒子可以聚集成用于光电池中电荷传送的网络。例如，Frank和 Bekstein描述了用于光电池的这样的网络的使用(A · J ·弗兰克等人在国家光电中心以及 于2003年3月24日至26日在科罗拉多州丹佛市的Sol. Prog. Rev.会议上发表的“网络几 何形状影响介孔纳米粒子太阳能电池中电子传送动力学吗？ ”;K · D ·本柯斯丁等人，“网络 几何形状对在纳米粒子网络中的电子传送的影响”，2003年材料研究学会秋季会议的会议 录，讨论会 N(卷 789) (A.J.Frank et al，Does Network Geometry Influence the Electron transport Dynamics in Mesoporous Nanoparticle Solar Cell ？ Presented at Nat. Cent. For Photovolt. And Sol. Prog. Rev. Meeting, Denver, Colorado, March 24—26，2003; K. D. Benkstein et al，Influence of the Network Geometry on Electron Transport in Nanoparticle Networks, Proceedings of 2003MRS Fall Meeting， Symposium N(VoIume 789)))ο已知异质结可对激子分离具有有益的作用，因此改善了电荷传送。例如，Wallace 指出了如何增加聚合物中异质结的数量，并且异质结的数量增加导致激子分离的提 高(GG ·华莱士，“共轭聚合物用于光电池的新材料”，化学革新，30(1) 14-22 (2000) (GG Wallace“ Conjugated polymers :New material for photovoltaics" . Chemical Innovation 30(1) : 14-22(2000)))。已知纳米晶体的形状可对电荷传送具有有益的作用。例如，Huynh描述了具有部分 地被沿着电子传送方向定向的纳米棒的混合纳米棒聚合物复合物可能具有显著提高的电 荷传送，原因是带传导控制跳跃(W · U ·黄、X · G ·彭、和A · P ·阿里威塞特斯，"CdSe纳米 晶体棒/聚(3-己基噻吩)复合光电设备”，先进功能的材料，11，923，(1999) (W. U. Huynh,X.G.Peng and Α. P. Alivisatos, "CdSe Nanocrystal Rods/poly(3-hexylthiophene) Composite Photovoltaic Devices", Adv. Func. Mat. ,11,923, (1999)))。尽管现有技术中存在这些教导(其主要在光电领域中)，但是仍然需要改进的辐 射检测和检测器。

发明内容
因此，本发明的一个方面在于提供一种辐射检测器，该辐射检测器提供改善的检 测能力。除了其它的特征，本发明包括直接检测型设备的方面。直接检测型设备包括一个 或者多个复合层。每个复合层包括半导体材料的主基质(例如聚合物)和散布在主基质中 的寄生粒子(例如硫化铅量子点或者其它纳米粒子)。本发明还包括用于在一个或者多个复合层中产生电场的特征。这些结构可以包括 但不限制于阳极，阴极，聚焦电极或者场成形电极。由于入射辐射而在复合层中产生的电 离产物通过用于产生电场的特征或者通过附加的结构或者装置而被收集(直接地或者通 过感生电荷收集)。这些附加的结构或者装置可包括一个或者多个集电极。当与高原子数的量子点一起使用时，且与能够实现厚检测器的电荷载体传送特性 一起使用时，本发明会展示出用于检测高能量伽马辐射的高效率。例如，该高效率可被很好 地用于构建用于医学成像(例如，X射线计算机断层成像或者正电子发射断层扫描)或者 用于作为安全扫描检查点的一部分的关口监视(例如，以检测非法辐射材料)的设备。在一个变型中，本发明提供一种用于检测辐射的组件，包括主基质，该主基质限 定第一表面和第二表面以及第一表面和第二表面之间的厚度；悬置在主基质中的多个粒 子，所述多个粒子在与辐射相互作用时能够产生至少一个电荷载体，第一电极被布置成与 主基质的第一表面相邻，第二电极被布置成与主基质的第二表面相邻；以及电源，可操作 地连接至第一电极和第二电极中的至少一个。在该变型中，电源由于在第一电极和第二电 极之间建立电场。关于所述至少一个电荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP = E-t ·Μ来限定，其中MLFP为迁移率寿命场强度积的值，其中E为第一电极和第二电极之间 的电场的值，其中t为至少一个电荷载体的寿命的值，其中M为至少一个电荷载体的迁移率 的值，且其中迁移率寿命场强度积与主基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于 或者等于0.1。在另一个变型中，本发明提供一种辐射检测器，包括用于检测辐射的多个组件，所 述组件被布置成以叠置方式彼此相邻。每个组件包括主基质，该主基质限定第一表面和第 二表面以及第一表面和第二表面之间的厚度；悬置在主基质中的多个粒子，所述多个粒子 能够在与辐射相互作用时产生至少一个电荷载体，第一电极被布置成与主基质的第一表面 相邻，第二电极被布置成与主基质的第二表面相邻；以及电源，可操作地连接至第一电极和 第二电极。电源被配置成在第一电极和第二电极之间建立电场，其中，关于所述至少一个电 荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP = E · t · M来限定，其中MLFP为迁移率寿命 场强度积的值，其中E为第一电极和第二电极之间的电场的值，其中t为至少一个电荷载体 的寿命的值，其中M为至少一个电荷载体的迁移率的值，且其中迁移率寿命场强度积与主 基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于或者等于0. 1，且其中第一电极和第二
10电极中的至少一个产生与电荷载体中的至少一个相关联的电信号。也包括一种用于接收和 处理电信号的处理器。至少一个放大器被布置在第一电极或者第二电极中的至少一个与处 理器之间，以在电信号被提供至处理器之前放大电信号。 本发明还提供一种在用于检测辐射的组件中用于检测辐射的方法，该组件包括 主基质，该主基质限定第一表面和第二表面以及第一表面和第二表面之间的厚度；悬置在 主基质中的多个粒子，所述多个粒子能够在与辐射相互作用时产生至少一个电荷载体，第 一电极被布置成与主基质的第一表面相邻，第二电极被布置成与主基质的第二表面相邻； 电源，可操作地连接至第一电极和第二电极；以及处理器，连接至第一电极和第二电极中的 至少一个；其中电源由于在第一电极和第二电极之间建立电场，其中关于所述至少一个电 荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP = E · t · M来限定，其中MLFP为迁移率寿命 场强度积的值，其中E为第一电极和第二电极之间的电场的值，其中t为至少一个电荷载体 的寿命的值，其中M为至少一个电荷载体的迁移率的值，且其中迁移率寿命场强度积与主 基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于或者等于0. 1，该方法包括在第一电 极和第二电极之间建立电场，由于在辐射与多个粒子中的至少一个之间相互作用而产生电 荷载体，通过第一电极和第二电极中的至少一个捕获该电荷载体，由于第一电极和第二电 极中的至少一个捕获该电荷载体而产生电信号，将该电信号提供至处理器，以及处理该电 信号，以建立与辐射相关联的特征。
通过下面的论述能够理解本发明的其他特征。


结合各个附图描述本发明的各方面和特征，附图中图1为示出根据本发明构建的辐射检测器的一个层的第一实施例的局部横截面 的视图；图2为根据本发明构建的辐射检测器的一个层的第二实施例的局部横截面；图3为根据本发明构建的辐射检测器的一个层的放大的横截面侧视图，示出悬置 在主基质中的纳米粒子的外观；图4为三分视图，示出根据本发明构建的辐射检测器的一个层的第二实施例的局 部俯视图、局部横截面侧视图、以及局部仰视图；图5为二分视图，示出根据本发明构建的辐射检测器的一个层的第三实施例的局 部俯视图和局部横截面侧视图；图6为二分视图，示出根据本发明构建的辐射检测器的一个层的第四实施例的局 部俯视图和局部横截面侧视图；图7为根据本发明构建的包括多个层的辐射检测器的局部横截面侧视图；图8为根据本发明构建的包括多个层的辐射检测器的另一个局部横截面侧视图；图9为根据本发明构建的辐射检测器的一个层的放大的局部横截面侧视图，示出 布置在网络中的寄生粒子；图10为根据本发明构建的辐射检测器的一个层的放大的局部横截面侧视图，示 出布置在具有涂层的网络中的寄生粒子；以及图11为根据本发明构建的检测器的示意性框图。
具体实施例方式尽管在下文中描述了本发明的辐射检测器的具体实施例，但该论述并非旨在限制 本发明。相反地，具体实施例的描述旨在阐释本发明的宽的范围。结果，对特定实施例的任 何论述仅是示例性的。应理解，本领域技术人员可以想到本文所描述的实施例的变型和等 同。这些变型和等同包括在本发明的范围内。图1提供计划用在本发明的辐射检测器中的一个复合层10的局部横截面侧视图。 复合层10包括由半导体聚合物(诸如塑料)的主基质12组成的复合材料，纳米粒子14嵌 入在主基质12中。特别地，纳米粒子14被限定为足够少量的材料，其中纳米粒子14的电特性由于量 子限制作用而不同于大量相同材料的电特性。设定纳米粒子14将包括至少十个原子。纳 米粒子14可以由单一元素、元素的组合(例如化合物)或者宏观成分等其他组成的组合构 成。本领域技术人员应当理解，构成纳米粒子14的确切材料对本发明并不关键。因此，本 发明旨在包括广泛的不同材料及其等同。一般而言，纳米粒子14的形状和方位对本发明也不关键。然而，如在下文中更加 详细的论述的那样，可想到纳米粒子14可以被成形为使得方位不影响设备性能。在这些情 况下，可以控制形状和方位中的一者或两者以优化设备性能。在一个实施例中，纳米粒子14为球状量子点。在其它可想到的实施例中，纳米粒 子14为无定形的滴。在又一实施例中，纳米粒子是棒状的、立方体形的、矩形形状的、金字 塔形的。取决于形成纳米粒子14的材料，可想到可以使用任何合适的几何形状或者非几何 形状而不脱离本发明的范围。主基质或者纳米粒子的状态对本发明并不关键。它们可以是固态、液态、胶凝态、 等离子态、或者气态。在一个可想到的实施例中，纳米粒子14是球形的且由含铅的化合物构成。纳米粒 子14可以是悬置在主基质12中的无涂层的粒子。可替选地，如图2所示，纳米粒子14可被包在一个或者多个外涂层16中。外涂层 16可以完全地封闭每个纳米粒子14。可替选地，外涂层16可以仅部分地封闭每个纳米粒 子14。纳米粒子14是否完全地或者部分地被外涂层16所封闭取决于所使用的特定材料。图3为悬置在主基质12中的两个纳米粒子14的放大的细节图。为了便于参考， 较大的纳米粒子14被称为纳米粒子18，而较小的纳米粒子14被称为纳米粒子20。为了简 单，两个纳米粒子18、20均被示为球形粒子。还如图3所示，较小的纳米粒子20可涂有单层的外涂层16。单层的外涂层16非 均勻地分布在纳米粒子20的外表面上。在该视图中，外涂层16被分布成使得纳米粒子20 的外表面22的一部分被暴露。可替选地，外涂层16可以完全地封闭纳米粒子20。较大的纳米粒子18可以被外涂层16涂覆。如图3所示，外涂层16包括内涂覆层 24和外涂覆层26。本领域技术人员应当理解，可使用更多数量的层而不脱离本发明的范 围。继续参看图1，主基质12可以是半导体塑料，诸如(聚[2-甲氧基-5-(2'-乙 基-己氧基)-1，4_对苯乙炔](也被称为“MEH-PPV”)。在该实施例中，纳米粒子14的体
12积含量为至少50%。如应立即清楚的，主基质12不必是枚举的材料。此外，纳米粒子14的 体积含量可大于或者小于50%而不脱离本发明的范围。关于主基质12，需注意主基质12不必为单层材料。相反地，本发明的一个变型设 定主基质12可以包括一系列的层，其中一个层叠置在另一个层之上或者一个层挨着另一 个层布置。认为这些不同的层可以包括不同的主基质12。类似地，本发明不限制于在主基 质12内包括单一类型的纳米粒子14。一个纳米粒子14的组分可以与下一个纳米粒子14 的组分不同。可替选地，纳米粒子14的组分可以根据主基质12的组分而不同。本领域技 术人员应当理解，存在大量的主基质12、纳米粒子14以及复合层10的各种置换。本发明旨 在包括这些多种变型和可替选型。本领域技术人员应当理解，材料的用于伽马辐射的光电吸收的横截面根据Z平均 的五次乘方而增加。因为纳米粒子14期望由一种或者多种原子数比形成主基质12的材料 的原子数更大的材料(例如比主基质12具有更大的Z的材料)构成，所以撞击伽马辐射会 主要对纳米粒子产生作用，而不是对主基质12产生作用。当然，这两种作用都会发生。以上论述主要涉及伽马辐射的检测。为检测中子，优选的实施例使用Z小的材料 (例如Z平均小于12)作为主基质。Z小的核对于使中子减速更有效。中子与Z小的核之 间的相互作用可产生伽马射线和其它二次粒子。该二次伽马射线有效地与Z大的纳米粒子 相互作用，产生如上所述由电极收集的电离产物。在一个可替选的实施例中，主基质包括对 于捕获热中子方面很高效的天然的或者浓缩(即具有硼- ο)的硼。在图1所示的实施例中，主基质12和纳米粒子14夹在上电极28与下电极30之 间。这两个电极28、30(其也是复合层10的一部分)允许在电极28、30之间施加电压，以 建立电场32。当复合层10暴露在辐射下时，将产生电荷载体(也被称为带电粒子)。电场 32作用于复合层10内的带电粒子(例如，电子和空穴)。结果，电场32为复合层10内的 带电粒子提供电动势。在一个变型中，设定由主基质材料12、纳米粒子14、上电极28以及下电极30形成 的复合层10可以由柔性材料形成。在该变型中，设定复合层10可绕半径弯曲。在该想到 的变型中，复合层可被弯曲，使得该复合层可被定位为邻近非平面的表面。关于复合层的柔 性，根据针对特定实施的要求，材料可以是完全柔性的、部分柔性的、或者半柔性的。这可以 包括但不限制于以下示例，在该示例中，复合层可以折叠在自身上。本领域技术人员还应想 到其它变型。如上所述，并且本领域技术人员还应当理解，电场32作用在带电粒子上，使得这 些带电粒子传送通过复合层10到达两个电极28、30中的一个。然后，利用同样的电极28、 30收集由复合层10中的电离电荷传送所产生的电信号。所述电信号可被导向信号处理器 (包括计算机)，以提供对入射辐射34的评估。尽管对入射辐射的描述主要应用于伽马射 线，但是本领域的那些专家应理解，类似的描述会用于非伽马形式的电离辐射，例如中子或 者质子。如图1所示，本发明的基础构造块由复合层10构成。在一个实施例中，如图4所 示，电极28、30关于电分成子部分，使得每个子部分可产生其自己的信号。在该实施例中， 上电极28以横跨主基质12的上表面的多个上带状部36的形式布置。类似地，下电极30 以横跨主基质12的下表面的多个下带状部38的形式布置(在另一个方位上，例如，垂直于形成上电极28的带状部36)。相应地，来自一些或者全部子部分36、38的信号可与来自其 它子部分36、38的信号比较。此外，来自各个带状部36、38的信号可被合计，以估计由复合 层10中的入射辐射和二次粒子所沉积的能量。此外，横跨各个带状部36、38的信号分布可 以通过不同的方法(例如，重心)被加权，以估计在复合层10中的入射辐射的相互作用的 位置。也可采用对所述信号的其它操作，如本领域技术人员应理解的那样。本领域技术人员应当理解，上电极28和下电极30可包括相对于彼此布置的多个 电极。例如，设定上电极可包括多个电极层，其中一层叠置在另一层之上。关于下电极30 可采用类似的布置。当使用多个电极时，不同的电极可由不同的材料制成，如本领域技术人 员应理解的那样。在图4所示的实施例中，上电极28和下电极30直接附着到主基质12的上表面和 下表面。本领域技术人员应当理解，电极28、30不必直接接触主基质12。相反地，可想到在 主基质12与电极28、30之间可布置一层或多层材料。如此，电极28、30不直接布置在主基 质12上。相反，电极28、30被定位为距包含纳米粒子14的主基质12 —定距离。在该实施 例中，在电极28、30上所产生的信号为感生电荷。如图4所示，上带状部36可直接地或者间接地与上放大器40连接。上放大器40 又可与合适的电子设备连接，以读出由上带状部36所检测的电信号。可替选地，取决于针 对检测器的特定配置而采用的读出电子设备，可不需要使用放大器。尽管以上描述了使用 电子设备，但是本领域技术人员应当清楚，可以使用其它读出机构，例如光子设备。对于电子设备，存在多个可想到的实施例。例如，电子设备可包括附加的放大器， 以提高带状部36接收的信号的强度。也可使用其它数据采集部件，例如信号数字转换器。 本领域技术人员应当清楚，电子设备可包括用于模拟或者数字信号的一个或多个处理器以 及数据存储设备。可使用处理器解释电信号并提供撞击辐射的强度和类型的指示，可使用 存储设备存储数据用于以后参考。关于下带状部38，可想到信号在被导向下放大器44之前可被导向电容器42。本 领域技术人员应当清楚，关于上带状部36也可使用电容器。然后，来自下电极30的下带状 部38的信号可由电子设备以与上电极28收集的信号的处理方式相同的方式进行处理。继续参考图4，还想到一个或者多个电阻器46可以与下带状部38连接。相同的配 置也可应用于上带状部36，尽管该配置未在图4中示出。如上所述，可以使用施加电场的其 它方法，例如有源电路(诸如运算放大器或者其它电源)，而不是电容器42。使用如图4所 示的电阻器和电容器有许多理由。在长长的理由列表中，电阻器和电容器帮助降低在电极 带状部36、38的分隔的带状部之间的串扰。若电极28、30是导电的，则可使用图4所示的配置。可替选地，电极28、30可以是 有阻抗的。若这样，可使用类似于图5所示的配置。在图5中，可以从带状部36、38的任一 端或者两端提取出(或读出)信号。在该实施例中，可以通过分析和比较来自带状部的两 端的信号(例如通过分析信号的各自的幅度或者通过分析在带状部的端处的信号到达时 间的不同)获得层中的辐射相互作用沿着带状部的位置。关于图5，需注意仅示出上带状部36。然而，本领域技术人员应当理解，相同的方 式可以应用于下带状部38。如在图4和图5中可看出，上带状部36和下带状部38以直线方式横跨主基质12
14的表面布置。然而，此配置对于本发明的操作并不关键。相反地，可以以多种不同的方式配 置带状部36、38而不脱离本发明的范围。例如，带状部36、38可以以非直线的方式施加至 主基质12。此外，本领域技术人员应当理解，可以以曲折的图案或者循环模式施加带状部 36、38。图6示出一个想到的关于上电极50的实施例。在该实施例中，上电极50被分割 成多个离散的部分48 (或者块)。在图6中，离散部分48示出为布置在主基质12的上表面 上的方形元件。本领域技术人员应当清楚，上电极50的离散部分48的方形配置不是本发 明必需的。也可想到使用其它的配置而不脱离本发明的范围。为便于参考，复合层设有标 号52，以将此实施例与前面的实施例相区分。在图7所示的另一个想到的实施例中，直接检测型设备54(也称为多层检测器构 造)由多个相互叠置的复合层10、52构建而成。每个复合层10、52可根据结合图1至图6 所描述的实施例构建。尽管可想到所有的复合层10、52具有彼此相同的配置，但这样的构 造不是必需的。例如，可想到图4所示的复合层10可以与图6所示的复合层52 —起使用。也可想到其它变型。例如，如图7所示，每个层10可具有其自身的电极28、30 ；或 者如图8所示，相邻的层可共享电极。在多层检测器构造54中，例如，每个复合层10均根据图4所示的实施例构建。与 在上面描述的单一复合层10的示例中一样，在X和Y轴线上的辐射相互作用的位置通过子 部分比较来获得，而每个相互作用的Z位置则通过比较来自每个层10的层子信号的和来获 得。多层构造54为来自许多方向的入射辐射提供有效检测。在一个想到的实施例中，在直接检测型设备54内，纳米粒子14具有彼此类似的尺 寸和形状，且它们的尺寸在1纳米至100纳米的范围内。在可替选的实施例中，在单一直 接检测型设备54内的纳米粒子14可在尺寸或形状上不同，其中它们的尺寸在0. 1纳米至 1000微米的范围内变化。也可想到尺寸的其它范围。在一个想到的实施例中，在复合层10、52中，纳米粒子的体积含量百分比在50% 以上，但是在可替选实施例中可使用更低的含量百分比。在一个想到的实施例中，量子点14仅由硫化铅组成。具有高原子数(例如铅)的 寄生粒子14的目的在于，通过光吸收增加与伽马射线和X射线的相互作用的横截面，因而 提高检测效率。因为用于光电吸收的横截面按照原子数的五次乘方增加，所以用于高能伽 马射线(例如，500keV)的硫化铅的检测效率为通常用作直接检测型固态检测器的材料(例 如，硫化镉)的十倍，并且为硅的一千倍。在可替选实施例中，纳米粒子14(也称为量子点)由不同于硫化铅的材料构成。例 如，量子点14可由无定形半导体、晶体半导体、绝缘体、碲化铅、硒化铅、碘化汞、溴化铊、碲 化锌镉、或者碲化镉构成、或者由这些化合物的混合物构成。在一个可替选的实施例中，量子点14可由低原子数材料(例如Z平均小于30)诸 如硅构成。这样的Z小的材料可用在康普顿照相机中，以降低多普勒展宽效应，多普勒展宽 效应可能使得空间和角分辨率降低。关于构成纳米粒子14的材料之一的原子数，可想到至少一个元素具有大于45的 原子数。原子数越高，纳米粒子14在与辐射相互作用时产生电荷载体的期望值越高。铅具 有原子数82。因为原子数(Z)大以及因为铅的密度大，铅及其化合物很适用于纳米粒子14。
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在另一个可替选的实施例中，每个纳米粒子14被另一个外涂层16覆盖，如上所 述。用外涂层16封闭纳米粒子14可以减少在寄生粒子14与主基质12之间的边界处对带 电载体的捕获。在一个想到的实施例中，用宽带隙无机类壳体(即，ZnS、PbSe)或者用有机 壳体(即，伯胺-烷基胺或者十二基胺)钝化纳米粒子的表面。用于外涂层16的其它材料 包括无定形半导体、晶体半导体、绝缘体、碲化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉、或者碲化镉、 或者这些化合物的混合物。在另一个实施例中，纳米粒子14被成形为使得轴在尺寸上不相等，且可被描述成 纳米棒。其它可替选的实施例包括诸如管状、线状或者其他规则的或不规则的形状。若使 用纳米棒、纳米管、或纳米线，则可想到纳米棒、纳米管、或纳米线应被定向为使得它们的纵 轴平行(或者尽可能地接近平行)于电场32的方向。如图9和图10所示的，其它可替选的实施例也包括在本公开中。在这些图中，纳 米粒子14彼此接近以形成纳米网络56，从而产生复合层58。纳米网络56可形成用于电荷 载体贯穿复合层58的一个或者多个通道(例如，量子隧道)。纳米网络56可由如图9所示 的裸露的纳米粒子构成，或者纳米网络可被一个或者多个覆盖层60 (如示出在图10中的复 合层62中)所覆盖。如上所述，覆盖层60可促进电子-空穴分离。在一个可想到的实施 例中，覆盖层60由不同于寄生粒子的半导体类型的材料制成。作为一个示例，覆盖层60可 以是PbSe或者ZnS0在一个可想到的实施例中，在所施加的电场下，复合材料使得由入射辐射的电离 所产生的电荷能够传送。电荷载体的漂移长度是下述三个变量的乘积(1)所施加的电场， (2)电荷载体的寿命，以及(3)电荷载体的迁移率。所施加的电场以“伏特/厘米(V/cm)” 来测算。电荷载体的寿命以“秒(sec.)”来测算。电荷载体的迁移率以“平方厘米/秒 伏 特(cm2/sec. · V)”来测算。相应地，当计算这三个变量的乘积时，乘积用“厘米(cm) ”来表 示。这三个变量的乘积被称之“迁移率寿命场强度积”，并且表示每类电荷载体(例如，对于 电子或者空穴)的平均漂移长度。为便于讨论，迁移率寿命场强度积设有标识符“MLFP”。所施加的电场表示为“E”。 电荷载体寿命表示为“t”。电荷载体的迁移率表示为“Μ”。这样，这些变量之间的关系可通 过下列的方程式1来表述。MLFP = E · t · M 方程式(1)可想到关于一个或者多个电荷载体的迁移率寿命场强度积(MLFP)大于或者等于 主基质12的厚度的十分之一。若主基质的厚度表示为“d”，则MLFP与厚度d之间的关系可 根据下列的方程式2来表述。MLFP 彡 0. 1 · d 方程式(2)通过此方程式，能够限定本发明的另外一个相关的方面。具体地，MLFP/d的比值 大于或者等于0.1。因子1/10 (或者0.1)可称为距离比且表示为“DR”。本领域技术人员应当理解，距离比DR可大于1/10。事实上，可想到DR在一些情况 下大于0. 5(或1/2)，以确保检测器的精确且有效的操作。因子0. 5会很好地起作用，因为 值为0. 5的DR意味着若电荷载体在上电极28与下电极30之间等距的点处产生，则电荷载 体在与其带有相反电荷的配对物重新结合或者被捕获(例如由杂质或者配体捕获)之前， 很可能漂移至所述电极之一。若DR大于或者等于1.0，则检测器甚至会更好地起作用。
还可想到复合材料被设计成使得一个或者多个电荷载体的寿命迁移率乘积大于 10_4cm2/V。在一个可替选的实施例中，寿命迁移率乘积大于10_7cm2/V。另一个可想到的实施例中，主基质12由一种或者多种半导体有机聚合物制成。半 导体有机聚合物(例如聚苯胺、聚乙烯咔唑、聚乙炔)通常具有交替的单和双碳-碳键的 构架。在整个分子上，构成η键的电子离开原位。在半导体聚合物中，电子和空穴典型地 相互绑定作为移动激子，移动激子可在界面处(例如，在电极与聚合物之间)分裂。有机 聚合物的电子行为可通过化学掺杂被显著地改变。在优选实施例中，主基质为半导体聚合 物，聚[2-甲氧基-5-(2 ‘-乙基-己氧基)_对亚苯基亚乙烯基](MEH-PPV)。可替选的实 施例包括其它半导体聚合物，诸如聚[乙烯基咔唑](PVK)、聚[3-己基噻吩](Ρ3ΗΤ)和苯 基-C61- 丁酸甲酯(PCBM)、聚丙烯腈(PAn)、聚(N-乙烯基咔唑)(PVCZ)、聚苯胺(PA)和聚 噻吩(PThs)。在一个可替选的实施例中，使用具有不同电子亲合势的界面的聚合物可提高分子 之间电子传送的概率(在供体-受体界面处形成的结类似于半导体异质结)，且因此改善电 荷传送。在一个可替选的实施例中，主基质12由半导体材料(例如硅、锗、或砷化镓)而非 塑料构成，或者由绝缘体类型的材料构成。若纳米粒子网络56使得能够传送通过电离产生 的电荷载体，则绝缘体类型的材料对于图9和图10所示的配置而言可能是更好的选择。在一个可想到的实施例中，电极28、30、50由铝和铟锡氧化物(ITO)制成。在可替 选的实施例中，可使用任何电传导或者半传导的一种或多种材料。金、银、钙、铜和氧化锡是 可替选的非限制性示例。在另一个实施例中，在一个或者多个电极28、30、50与复合层10、52、58之间可引 入不同材料(例如金)的薄层。一个或多个这样的层例如可改进主基质12与电极28、30、 50之间的界面。在一个可想到的实施例中，一个或者多个电极28、30、50由在复合材料与电极之 间形成肖特基结的材料制成。典型的肖特基二极管(或者结)由与半导体接触的金属电极 构成。金属半导体结在一些情况下可作为整流肖特基势垒，类似于用在传统二极管中的ρ-η 半导体-半导体结。肖特基势垒的整流性能取决于金属的逸出功(work function)、本征半 导体的带隙、以及半导体中掺杂物的类型和浓度。在反向偏置的肖特基二极管中，与不存在 肖特基势垒的情况相比，漏电流减小。在另一个可替选的实施例中，复合层由ρ型层和η型层构成。所述层可以是具有 不同掺杂的相同材料，或者是不同的复合材料。通过操作如反向偏置Pn结等配置可以实现 减小的漏电流。在一个可想到的实施例中，施加至反向偏置二极管的电压足以完全耗尽复合材 料。在可替选的实施例中，该电压可以足以部分地耗尽复合材料。在一个可想到的实施例中，一个或者多个电极由块48 (图6)组成，块48各自由放 大电子模块分别读出。在一个可替选的实施例中，一个或者多个电极可形成电场。在又一个可想到的实施例中，电极由电荷分配或者复用读出法读出，使得不需要 对于每一个块48存在各自的放大器。在一个可替选的实施例中，电极由导电性(图4)或 者阻抗性(图5)的带状部构成。
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在另一个可替选的实施例中，待构建的电极系统与硅漂移检测器中的电极系统类 似，其中测量漂移时间以获得辐射相互作用的位置。在一个实施例中，结合图4、图5和图6描述的直接检测型设备被配置成如图7和 图8所示的阵列，以提高检测效率。所述设备可用于累积模式中的粒子流量密度测量或者用于脉冲模式的单一粒子 计数。在一个可想到的实施例中，设备在脉冲模式下操作，以使得粒子能量能够通过例如一 个或者多于一个电极所产生的电荷、电流或电压或者多个电极产生的电荷、电流或电压的 总和来表征。参考图11，本发明还包括用于在一个或者多个用于检测辐射的组件中检测辐射的 检测器和方法。根据以上论述，单一组件包括限定第一表面和第二表面的主基质12。第一和第二 表面限定它们之间的厚度。多个粒子14悬置在主基质12内。粒子14能够在与辐射34相 互作用时产生至少一个电荷载体。辐射34可以是光子或者可包括粒子(诸如电子、中子
寸J ο第一电极28被布置成与主基质12的第一表面相邻。第二电极30被布置成与主 基质12的第二表面相邻。如上所述，主基质12、第一电极28和第二电极30共同形成复合 层10。一个或者多个复合层10可以组装在一起。电源64可操作地连接至复合层10中的第一电极28和第二电极30之一。处理器 66也连接至第一电极28和第二电极30中的至少一个。电源64用于在第一电极28和第二 电极30之间建立电场32。应当理解，在多个复合层10彼此相邻布置的情况下，在一个或者 多个分隔的复合层10中建立电场32。电场32建立成使得关于至少一个电荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP =E-t · M定义，其中MLFP为迁移率寿命场强度积的值，E为第一电极和第二电极之间的 电场的值，t为至少一个电荷载体的寿命的值，M为至少一个电荷载体的迁移率的值，且迁 移率寿命场强度积与主基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于或者等于0. 1。该方法包括在第一电极28和第二电极30之间建立电场32。由于在辐射与多个粒 子14中至少一个或者主材料12之间的相互作用产生电荷载体。电荷载体通过被收集或者 通过感生电荷在第一电极28和第二电极30中的至少一个上产生电信号。然后该电信号被 提供至处理器66。然后对该电信号进行处理以建立与辐射相关联的特征。所述辐射特征可 从处理器66输出作为输出68。本领域技术人员应当理解，处理器66可在累积模式下操作，其中对电信号进行处 理以表征辐射34的粒子流量密度。换句话说，可估计辐射34的流量密度。可替选地，处理 器可在脉冲模式下操作。在该实施例中，对电信号进行处理以表征辐射34的各个粒子。换 句话说，除了其他特征，辐射34的各个粒子的能量可由处理器66确定。本领域技术人员应 当理解，辐射34的另外的其它特征可由处理器66测量或者估计。本领域技术人员应当理解，且如所附权利要求中所概括记载的那样，还可相对其 它的实施例以包括在本文所提供的本发明的描述中。
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权利要求
一种用于检测辐射的组件，包括主基质，该主基质限定第一表面和第二表面以及该第一表面和该第二表面之间的厚度；悬置在所述主基质内的多个粒子，所述多个粒子能够在与所述辐射相互作用时产生至少一个电荷载体；第一电极，该第一电极被布置成与所述主基质的第一表面相邻；第二电极，该第二电极被布置成与所述主基质的第二表面相邻；以及电源，该电源可操作地连接至所述第一电极和第二电极中的至少一个，其中，所述电源用于在所述第一电极和第二电极之间建立电场，其中，关于所述至少一个电荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP＝E·t·M来限定，其中，MLFP为所述迁移率寿命场强度积的值，其中，E为所述第一电极和第二电极之间的所述电场的值其中，t为所述至少一个电荷载体的寿命的值，其中，M为所述至少一个电荷载体的迁移率的值，且其中，所述迁移率寿命场强度积与所述主基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于或者等于0.1。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述主基质包括至少一种材料，该材料选自包括 塑料、聚合物、半导体聚合物、具有交替的单和双碳-碳键的构架的半导体有机聚合物、聚 苯胺(PA)、聚乙烯咔唑、聚乙炔、聚[2-甲氧基-5-(2'乙基-己氧基)_对亚苯基亚乙烯 基]、聚[乙烯基咔唑]、聚[3-己基噻吩]、苯基-C61- 丁酸甲酯、PAruPVCZ和聚噻吩的组。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述主基质包括多个主基质层，所述多个主基质 层布置成彼此相邻以限定所述第一表面和第二表面之间的厚度。
4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述主基质包括柔性材料。
5.根据权利要求3所述的组件，其中，所述多个主基质层各自包括柔性材料。
6.根据权利要求3所述的组件，其中，所述多个主基质层中的至少一个在成分上不同 于所述多个主基质层的其它层。
7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个粒子为包括至少十个原子的纳米粒子。
8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述纳米粒子呈现与大量原子的特征不同的特征。
9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个粒子包括至少一种材料，该材料选自包 括无定形半导体、晶体半导体、绝缘体、硼、硅、硫化铅、碲化铅、硒化铅、碘化汞、溴化铊、碲 化锌镉以及碲化镉的组。
10.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个粒子包括至少一种具有的原子数大于 45的元素。
11.根据权利要求1所述的组件，其中，所述粒子具有至少一种选自包括球形、无定形、 棒状、管状、立方形、矩形以及金字塔形的组的形状。
12.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个粒子占据所述主基质的至少50体
13.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一电极和第二电极中的至少一个包括 至少一种选自包括铝、铟锡氧化物、导电材料、半导体材料、金、银、钙、铜和氧化锡的组的材 料。
14.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一电极和第二电极中的至少一个包括至 少一个子部分。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述至少一个子部分包括多个带状部，所述多 个带状部被布置成彼此邻近。
16.根据权利要求14所述的组件，其中，所述至少一个子部分包括多个块，所述多个块 被布置成彼此邻近。
17.根据权利要求1所述的组件，还包括封闭所述多个粒子中的至少一个的至少一个外涂层。
18.根据权利要求17所述的组件，其中，所述至少一个外涂层包括多个涂覆层。
19.根据权利要求17所述的组件，其中，所述至少一个外涂层部分地封闭所述多个粒 子中的至少一个。
20.根据权利要求17所述的组件，其中，所述至少一个外涂层完全地封闭所述多个粒 子中的至少一个。
21.根据权利要求17所述的组件，其中，所述至少一个外涂层包括至少一种选自包括 无机材料、ZnS, PbSe、有机材料、伯胺、烷基胺、以及十二基胺、无定形半导体、晶体半导体、 绝缘体、硅、硫化铅、碲化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉以及碲化镉的组的材料。
22.根据权利要求1所述的组件，其中，所述多个粒子靠拢成所述主基质内的至少一个 粒子网络。
23.根据权利要求22所述的组件，还包括至少部分地封闭所述至少一个粒子网络的覆盖层。
24.根据权利要求23所述的组件，其中，所述覆盖层包括至少一种选自包括无定形半 导体、晶体半导体、绝缘体、硅、硫化铅、碲化铅、硒化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉以及碲化 镉的组的材料。
25.根据权利要求1所述的组件，其中，所述主基质以及所述第一电极和第二电极中的 至少一个形成肖特基二极管。
26.根据权利要求3所述的组件，其中，所述多个主基质层中的至少两个形成pn二极管。
27.一种辐射检测器，包括用于检测辐射的多个组件，所述多个组件被布置成以叠置方式彼此相邻，所述组件中 的每个组件包括主基质，该主基质限定第一表面和第二表面以及该第一表面和第二表面之间的厚度，悬置在所述主基质内的多个粒子，所述多个粒子能够在与所述辐射相互作用时产生至 少一个电荷载体，第一电极，该第一电极被布置成与所述主基质的第一表面相邻，第二电极，该第二电极被布置成与所述主基质的第二表面相邻，以及电源，该电源可操作地连接至所述第一电极和第二电极，其中，所述电源用于在所述第一电极和第二电极之间建立电场，其中，关于所述至少一个电荷载体的迁移率寿命场强度积由方程式MLFP = E ·Μ来 限定，其中，MLFP为所述迁移率寿命场强度积的值，其中，E为所述第一电极和第二电极之间的所述电场的值，其中，t为所述至少一个电荷载体的寿命的值，其中，M为所述至少一个电荷载体的迁移率的值，其中，所述迁移率寿命场强度积与所述主基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比 值大于或者等于0.1，以及其中，所述第一电极和第二电极中的至少一个产生与所述电荷载体中的至少一个电荷 载体相关联的电信号；用于接收和处理所述电信号的处理器；至少一个放大器，该放大器布置在所述第一电极和第二电极中的至少一个与所述处理 器之间，以在所述电信号被提供至所述处理器之前放大该电信号。
28.根据权利要求27所述的检测器，还包括至少一个电阻元件，该至少一个电阻元件被布置在所述第一电极和第二电极中的至少 一个与所述处理器之间。
29.根据权利要求27所述的检测器，还包括至少一个电容元件，该至少一个电容元件被布置在所述第一电极和第二电极中的至少 一个与所述处理器之间。
30.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述主基质与所述第一电极和第二电极中 的至少一个形成肖特基二极管。
31.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述主基质包括至少两个层且所述至少两 个层形成Pn 二极管。
32.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述主基质包括至少一种选自包括塑料、 聚合物、半导体聚合物、具有交替的单和双碳-碳键的构架的半导体有机聚合物、聚苯胺 (PA)、聚乙烯咔唑、聚乙炔、聚[2-甲氧基-5-(2'-乙基-己氧基)_对亚苯基亚乙烯基]、 聚[乙烯基咔唑]、聚[3-己基噻吩]、苯基-C61- 丁酸甲酯、PAruPVCZ和聚噻吩组的材料。
33.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述主基质包括多个主基质层，所述多个主 基质层被布置成彼此相邻，以限定在所述第一表面和第二表面之间的厚度。
34.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述主基质包括柔性材料。
35.根据权利要求33所述的检测器，其中，所述多个主基质层各自包括柔性材料。
36.根据权利要求33所述的检测器，其中，所述多个主基质层的至少一个在成分上不 同于所述多个主基质层的其它层。
37.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述多个粒子为包括至少十个原子的纳米 粒子。
38.根据权利要求37所述的检测器，其中，所述纳米粒子呈现出与大量原子的特征不 同的特征。
39.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述多个粒子包括至少一种选自包括无定形半导体、晶体半导体、绝缘体、硼、硅、硫化铅、碲化铅、硒化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉 以及碲化镉的组的材料。
40.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述多个粒子包括至少一种具有的原子数 大于45的元素
41.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述粒子具有至少一种选自包括球形、无定 形、棒状、管状、立方形、矩形和金字塔形的组的形状。
42.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述多个粒子占据所述主基质至少50体
43.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述第一电极和第二电极中的至少一个包 括至少一种选自包括铝、铟锡氧化物、导电材料、半导体材料、金、银、钙、铜和氧化锡的组的 材料。
44.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述第一电极和第二电极的至少一个包括 至少一个子部分。
45.根据权利要求44所述的检测器，其中，所述至少一个子部分包括多个带状部，所述 多个带状部被布置成彼此邻近。
46.根据权利要求44所述的检测器，其中，所述至少一个子部分包括多个块，所述多个 块被布置成彼此邻近。
47.根据权利要求27所述的检测器，还包括封闭所述多个粒子中的至少一个粒子的至少一个外涂层。
48.根据权利要求47所述的检测器，其中，所述至少一个外涂层包括多个涂覆层。
49.根据权利要求47所述的检测器，其中，所述至少一个外涂层部分地封闭所述多个 粒子中的至少一个粒子。
50.根据权利要求47所述的检测器，其中，所述至少一个外涂层完全地封闭所述多个 粒子中的至少一个粒子。
51.根据权利要求47所述的检测器，其中，所述至少一个外涂层包括至少一种选自包 括无机材料、ZnS, PbSe、有机材料、伯胺、烷基胺、以及十二基胺、无定形半导体、晶体半导 体、绝缘体、硅、硫化铅、碲化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉以及碲化镉的组的材料。
52.根据权利要求27所述的检测器，其中，所述多个粒子靠拢成所述主基质内的至少 一个粒子网络。
53.根据权利要求52所述的检测器，还包括至少部分地封闭所述至少一个粒子网络的覆盖层。
54.根据权利要求53所述的检测器，其中，所述覆盖层包括至少一种选自包括无定形 半导体、晶体半导体、绝缘体、硅、硫化铅、碲化铅、硒化铅、碘化汞、溴化铊、碲化锌镉以及碲 化镉的组的材料。
55.一种在用于检测辐射的至少一个组件中用于检测辐射的方法，该组件包括主基 质，该主基质限定第一表面和第二表面以及该第一表面和第二表面之间的厚度；悬置在所 述主基质内的多个粒子，所述多个粒子能够在与所述辐射相互作用时产生至少一个电荷载 体；第一电极，该第一电极被布置成与所述主基质的第一表面相邻；第二电极，该第二电极 被布置成与所述主基质的第二表面相邻；电源，该电源可操作地连接至所述第一电极和第二电极；以及处理器，该处理器连接至所述第一电极和第二电极中的至少一个；其中所述 电源用于在所述第一电极和第二电极之间建立电场，其中关于所述至少一个电荷载体的迁 移率寿命场强度积由方程式MLFP = E-t · M来限定，其中MLFP为所述迁移率寿命场强度 积的值，其中E为所述第一电极和第二电极之间的所述电场的值，其中t为所述至少一个电 荷载体的寿命的值，其中M为所述至少一个电荷载体的迁移率的值，且其中所述迁移率寿 命场强度积与所述主基质的第一表面和第二表面之间的厚度的比值大于或者等于0. 1，该 方法包括在所述第一电极和第二电极之间建立电场；由于所述辐射与所述多个粒子中的至少一个相互作用而产生电荷载体； 由所述第一电极和第二电极中的至少一个捕获该电荷载体； 由于所述第一电极和第二电极中的至少一个捕获该电荷载体而产生电信号； 将所述电信号提供至所述处理器；以及 处理所述电信号，以建立与所述辐射相关联的特征。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述处理包括累积模式，在累积模式中所述电 信号被进行处理，以表征所述辐射的粒子流量密度。
57.根据权利要求55所述的方法，其中，所述处理包括脉冲模式，且所述电信号被进行 处理，以表征所述辐射的各个粒子。
全文摘要
描述了一种用于检测辐射的组件。该组件包括具有粒子的主基质，粒子悬置在主基质内。所述粒子能够在与辐射相互作用时产生电荷载体。第一电极被布置成与所述主基质的第一表面相邻，第二电极被布置成与所述主基质的第二表面相邻。电源可操作地连接至所述第一电极和第二电极之一。该电源在所述第一电极和第二电极之间建立电场，使得所述电荷载体的迁移率寿命场强度积与所述主基质的厚度的比值大于或者等于0.1。还描述了一种辐射检测器以及用于检测辐射的方法。
文档编号H01J47/00GK101919023SQ200980102184
公开日2010年12月15日 申请日期2009年1月7日 优先权日2008年1月14日
发明者欧文·温伯格 申请人:欧文·温伯格