一种半导体探测器的制造方法
【专利说明】一种半导体探测器
[0001 ] 本案为申请号为201310149397.6的分案。
技术领域
[0002]本发明涉及探测器技术领域，特别涉及一种半导体探测器。
【背景技术】
[0003]利用探测器测量高能射线例如X射线或γ射线的能谱是核素识别的重要手段之一。该种探测器已经广泛应用于核辐射防护、核安检、环境保护及国土安全等领域，用于检测放射性物质。现有技术中，该种探测器主要分为两类:一类是以NaI(Tl)为代表的闪烁体探测器，另一类是以高纯锗(HPGe)为代表的半导体探测器。
[0004]闪烁体探测器具有制备简单和价格低廉的优点。在检测现场使用的便携式γ谱仪通常为NaI或CsI闪烁体探测器。但是，闪烁体探测器的能量分辨率较低，其能量分辨率为6%-7% §662keV，无法满足复杂能谱精细结构的测量要求。
[0005]高纯锗半导体探测器的能量分辨率高于闪烁体探测器。但是，高纯锗半导体探测器仅能在液氮温度(77K)下保存和使用，无法在室温下使用。一方面，高纯锗半导体探测器需要配置低温容器和真空室，导致其体积和成本增加；另一方面，使用高纯锗半导体探测器时，需要频繁地添加液氮，导致其无法满足野外检测现场的使用要求，使用范围受到限制。
[0006]近年来，出现了能够在室温下工作的另一种半导体探测器，该种半导体探测器使用材料为取12、6&48、1181、0(^5丄(121^6(碲锌镉，简写为021')丄(156、63?、取5、？1312或41513的半导体晶体。该种半导体探测器具有体积小、便于携带、能量分辨率高、探测效率高和能在室温下工作的优点。目前，该种半导体探测器已广泛应用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域。
[0007]CdZnTe半导体晶体的禁带为1.57eV，其阻抗高达101()Ω/cm，其平均原子序数为49.1,其密度为5.78g/cm3，生成一对电子_空穴对需要的能量为4.64eV，是能在室温下工作且能处理2百万光子/(s.mm2)的唯一半导体材料。研究表明，使用CdZnTe半导体晶体的半导体探测器的性能最优异、最适于在室温下使用。
[0008]与闪烁体探测器相比，CdZnTe探测器的能量分辨率有所提高，其能量分辨率明显高于NaI闪烁体探测器。与HPGe探测器相比，CdZnTe探测器的禁带较宽，阻抗较大，载流子浓度较低，使其在施加偏压后暗电流较小，是一种能在室温下工作的半导体探测器。
[0009]但是，CdZnTe晶体通常不均匀，存在结构缺陷，因此CdZnTe晶体的载流子的迀移率较低，载流子的漂移时间较长，容易产生载流子(尤其是空穴)俘获现象，即载流子寿命较短。载流子的俘获现象导致CdZnTe半导体探测器的能量分辨率降低，采用CdZnTe半导体探测器测量获得的能谱出现低能尾巴现象。
[0010]为了提高CdZnTe半导体探测器的能量分辨率，CdZnTe半导体探测器通常采用具有单极性电荷灵敏特性的电极。该种具有单极性电荷灵敏特性的电极形成电场，高能射线与晶体相互作用产生的电子和空穴受电场作用向不同方向运动，其中电子向阳极运动，空穴向阴极运动。由于远离收集电极的位置的权重电势很小，因此空穴在远离收集电极的位置的运动对感应信号的贡献非常小，感应信号主要由电子贡献，从而实现单极性电荷灵敏的半导体探测器。现有技术中，基于单极性电荷灵敏特性的CdZnTe半导体探测器主要包括:平行弗里希棚■型(Parallel Frisch Grid)、共面弗里希棚.型(Coplanar Frisch Grid)、半球形(Hemisphere)、帽型(CAPture)、准半球型(Quas1-hemisphere)和小像素型(PixeIated)等。
[0011]单极性电荷灵敏的半导体探测器可以在一定程度上降低因空穴迀移速度慢和寿命短对能量分辨率带来的不良影响。但是，运动的电子也会受CdZnTe半导体晶体缺陷的影响而被俘获，尤其是在电场强度低、漂移时间长的情况下，电子被俘获较为显著，这导致CdZnTe半导体探测器的收集电极的输出信号幅度涨落，从而影响CdZnTe半导体探测器的能量分辨率。
[0012]综上所述，需要进一步提高CdZnTe半导体探测器的能量分辨率。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种半导体探测器。
[0014]本发明提供的半导体探测器包括半导体晶体、阴极、阳极和至少一个阶梯电极；
[0015]所述半导体晶体包括顶面、底面和至少一个侧面;所述阴极、所述阳极和所述阶梯电极都为沉积于所述半导体晶体表面的导电薄膜；
[0016]所述阴极设于所述半导体晶体的所述底面上，所述阳极设于所述半导体晶体的所述顶面上，所述阶梯电极设于所述半导体晶体的至少一个侧面上；
[0017]所述阶梯电极包括多个子电极。
[0018]优选地，所述半导体晶体的形状为长方体。
[0019]优选地，所述阳极呈长方形且覆盖所述顶面的中间位置的部分区域;所述半导体探测器包括第一阶梯电极和第二阶梯电极;所述第一阶梯电极和第二阶梯电极分别设于所述半导体晶体的位置相对的第一侧面和第二侧面上。
[0020]优选地，所述阴极覆盖所述底面的全部区域。
[0021]优选地，所述阴极包括均匀地设于所述底面上的多个长方形的子电极，且其任意相邻的两个子电极之间设有间隙。
[0022]优选地，所述阴极的子电极的长边与所述阳极的长边平行。
[0023]优选地，所述阴极的子电极的长边与所述阳极的长边垂直。
[0024]优选地，所述第一阶梯电极包括均匀地设于所述第一侧面上的多个长方形的子电极，且其任意相邻的两个子电极之间设有间隙；所述第二阶梯电极包括均匀地设于所述第二侧面上的多个子电极，所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的数目和形状相同，且所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的位置一一相对。
[0025]优选地，所述第一阶梯电极包括均匀地设于所述第一侧面上以及所述顶面的与所述第一侧面相邻的部分区域内的多个长方形的子电极，且其任意相邻的两个子电极之间设有间隙;所述第二阶梯电极包括均匀地设于所述第二侧面上以及所述顶面的与所述第二侧面相邻的部分区域内的多个子电极，所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的数目和形状相同，且所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的位置相对。
[0026]优选地，所述半导体晶体的所述底面与所述第一侧面和所述第二侧面连接处的棱角被倒角，所述阴极覆盖所述半导体晶体的倒角后的所述底面的全部区域。
[0027]优选地，所述第一阶梯电极包括均匀地设于所述第一侧面上的多个长方形的子电极，且其任意相邻的两个子电极之间设有间隙；所述第二阶梯电极包括均匀地设于所述第二侧面上的多个子电极，所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的数目和形状相同，且所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的位置一一相对。
[0028]优选地，所述半导体晶体的剖面呈扇形，所述底面为弧形面，所述顶面为长方形，所述阳极设于所述顶面上且覆盖所述顶面的全部区域。
[0029]优选地，所述半导体探测器包括第一阶梯电极和第二阶梯电极;所述第一阶梯电极和第二阶梯电极分别设于所述半导体晶体的位置相对的第一侧面和第二侧面上。
[0030]优选地，所述第一阶梯电极包括均匀地设于所述第一侧面上的多个长方形的子电极，且其任意相邻的两个子电极之间设有间隙；所述第二阶梯电极包括均匀地设于所述第二侧面上的多个子电极，所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的数目和形状相同，且所述第二阶梯电极的子电极与所述第一阶梯电极的子电极的位置一一相对。
[0031]优选地，所述阳极呈圆形或椭圆形且覆盖所述顶面的中间位置的部分区域;所述阴极覆盖所述底面的全部区域;所述半导体探测器包括第一阶梯电极、第二阶梯电极、第三阶梯