專(zhuān)利名稱(chēng)：一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型czt探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射探測(cè)裝置，具體涉及一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)流、瞬態(tài)脈沖輻射場(chǎng)的產(chǎn)生、應(yīng)用成為新的研究熱點(diǎn)。對(duì)于這類(lèi)強(qiáng)流、瞬態(tài)核反應(yīng)過(guò)程實(shí)施有效診斷，需要研制合適的探測(cè)器來(lái)獲取信息。現(xiàn)有脈沖伽馬射線探測(cè)通常采用電流模式探測(cè)器。實(shí)際應(yīng)用中，所采用的電流模式半導(dǎo)體探測(cè)器主要有兩類(lèi)一種是基于Si-PIN的半導(dǎo)體探測(cè)器；另一種是基于CdZnTe(CZT)、GaN、CVD金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料的探測(cè)器。這兩類(lèi)探測(cè)器主要用于帶電粒子(電子、質(zhì)子、a粒子、裂變碎片等)探測(cè)，以及脈沖伽馬時(shí)間譜、脈沖中子時(shí)間譜、X射線能譜的測(cè)量。這類(lèi)電流型半導(dǎo)體探測(cè)器具有體較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作等突出優(yōu)點(diǎn)。尤其是基于CZT、GaN、CVD金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料的電流型探測(cè)器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型脈沖伽馬射線探 測(cè)器；這類(lèi)半導(dǎo)體材料具有電阻率高(> IOltlQ cm)、禁帶寬度大(> I. 5eViRT)、高遷移率壽命積等特點(diǎn)，因而，由其制備的探測(cè)器具有漏電流小，時(shí)間響應(yīng)快、探測(cè)靈敏度高、抗輻照能力強(qiáng)且可室溫操作等優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的發(fā)展、應(yīng)用前景。然而，這兩類(lèi)電流型探測(cè)器應(yīng)用于脈沖伽馬射線探測(cè)的同時(shí)也存在一些技術(shù)問(wèn)題基于Si-PIN的半導(dǎo)體探測(cè)器由于電阻率偏低，使其暗電流過(guò)大(U A量級(jí))，并且存在抗輻照能力有限等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。基于CZT等材料的探測(cè)器存在由于封裝結(jié)構(gòu)不良，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)蒸鍍Au電極(歐姆接觸)的半導(dǎo)體材料經(jīng)過(guò)探測(cè)器封裝后，測(cè)試漏電流明顯增大，探測(cè)器性能不穩(wěn)定，且施加高壓后(> 300V)極易擊穿等問(wèn)題，嚴(yán)重影響其在脈沖伽馬射線探測(cè)中的使用。本發(fā)明專(zhuān)利通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型的探測(cè)器封裝結(jié)構(gòu)，著重解決基于CZT材料的電流型探測(cè)器存在的由于封裝結(jié)構(gòu)不良所導(dǎo)致其應(yīng)用的一系列問(wèn)題，以期實(shí)現(xiàn)一種輻射探測(cè)性能穩(wěn)定可靠的新型CZT電流型探測(cè)器的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其解決了工藝、技術(shù)條件導(dǎo)致的CZT探測(cè)器的封裝結(jié)構(gòu)不良，封裝后漏電流增大、電極不牢固、制備難度大、性能不穩(wěn)定、加工定制成品率低等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，包括屏蔽殼體、設(shè)置在屏蔽殼體外的兩個(gè)電纜轉(zhuǎn)接器、設(shè)置在屏蔽殼體內(nèi)的通孔以及設(shè)置在通孔內(nèi)的CZT晶體、導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋；所述CZT晶體的兩側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層；所述導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋分為兩組且對(duì)稱(chēng)分布在CZT晶體的兩側(cè)，其中導(dǎo)電墊環(huán)與CZT晶體兩側(cè)分別接觸，電極與相應(yīng)的導(dǎo)電墊環(huán)接觸，壓蓋將電極和導(dǎo)電墊環(huán)固定在屏蔽殼體內(nèi)并壓緊在CZT晶體上；所述電極通過(guò)導(dǎo)線與電纜轉(zhuǎn)接器分別連接；所述通孔的一端設(shè)置有供射線通過(guò)的前窗，其另一端設(shè)置有后密封蓋。為了定位方便，上述通孔中部設(shè)置有定位環(huán)，所述定位環(huán)的厚度小于CZT晶體的厚度，其內(nèi)徑與CZT晶體的外徑相一致。上述CZT晶體兩側(cè)表面的導(dǎo)電層為鍍金層，其厚度為50nm 200nm ;所述導(dǎo)電墊環(huán)為極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電材料。上述導(dǎo)電墊環(huán)是摻鋁銀粉的導(dǎo)電密封Si橡膠片，體電阻率小于0. 005 Q cm。上述導(dǎo)電墊環(huán)材料還可以是碳納米管+聚四氟乙烯混合體，體電阻率小于0. 0005 Q cm。上述電極材料為銅或鋁；所述壓蓋材料為聚四氟乙烯；所述前窗采用Al、Pb、Fe或Be材料。本發(fā)明具有高的探測(cè)效率及探測(cè)靈敏度，性能穩(wěn)定可靠，可以有效保證CZT晶體表面與金屬電極之間的良好接觸、獲得低漏電流，從而提升了電流型CZT探測(cè)器的脈沖輻 射探測(cè)性能。


圖I為本發(fā)明壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器-100V +100V的I-V曲線測(cè)試圖；圖4是本發(fā)明壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器0 800V的I-V曲線測(cè)試圖；圖中I-CZT晶體，2-軟質(zhì)導(dǎo)電墊環(huán)，3-電極，4-電纜轉(zhuǎn)接器，5_前窗，6_屏蔽殼體，7-導(dǎo)線，8_壓蓋，9-通孔，10-定位環(huán)，11-密封后蓋。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖I和圖2，本發(fā)明壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器由屏蔽殼體6、CZT晶體I、極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電墊環(huán)2、電極3、壓蓋8、電纜轉(zhuǎn)接器4等部分組成。屏蔽殼體作為電磁屏蔽結(jié)構(gòu)，屏蔽空間電磁干擾，材料可為DT4電磁純鐵。在屏蔽殼體6內(nèi)部的通孔中，采用極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電墊環(huán)2直接接觸鍍有導(dǎo)電層的CZT晶片I，導(dǎo)電墊環(huán)2外部?jī)蓚?cè)直接接觸金屬電極3，利用金屬材料制備的壓蓋將CZT晶體、導(dǎo)電墊環(huán)、電極固定于屏蔽殼體中；電流信號(hào)從導(dǎo)電層、導(dǎo)電墊環(huán)、電極3引出至電纜轉(zhuǎn)接器4，其中屏蔽殼體6頂部具有一個(gè)獨(dú)立的射線入射前窗5。作為射線入射通道，窗體可用Al、Pb、Fe、Be等金屬材料制備。電極3可以為紫銅、鋁等材料。使用導(dǎo)線將電流信號(hào)從金屬電極3引出至電纜轉(zhuǎn)接器4。CZT晶體為碲鋅鎘(CdZnTe)半導(dǎo)體材料，其兩側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層(歐姆接觸電極，Au或Pt)。導(dǎo)電墊環(huán)為極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電功能材料，可以是摻鋁銀粉的導(dǎo)電密封Si橡膠片，工作溫度-50 160°C,體電阻率小于0. 005 Q cm,具體可選用深圳長(zhǎng)發(fā)其祥科技有限公司的導(dǎo)電屏蔽密封橡膠CP-GJ04。導(dǎo)電墊環(huán)材料還可以采用體電阻率小于0. 0005 Q 的碳納米管+聚四氟乙烯混合體。為了定位方便，通孔中部設(shè)置有定位環(huán)，所述定位環(huán)的厚度小于CZT晶體的厚度，其內(nèi)徑與CZT晶體的外徑相一致。本探測(cè)器的制備方法I打磨首先采用w5的金剛石研磨膏對(duì)CZT晶體進(jìn)行初磨，去除表面的切割條紋，然后以MgO粉懸濁液為拋光劑在金絲絨拋光布上對(duì)CZT晶體進(jìn)行機(jī)械拋光30分鐘，直至在100倍光學(xué)顯微鏡下觀察不到微孔和劃痕。最后用2% 5%的Br-MOH腐蝕液對(duì)CZT晶片表面進(jìn)行化學(xué)拋光3分鐘，以去除機(jī)械拋光在CZT晶片表面造成的損傷。2鍍金取打磨好的CZT晶片清洗干燥備用；將CZT晶片置于真空度為0. 5 lX10_3Pa、襯底溫度為160 240 °C的真空蒸鍍裝置內(nèi)蒸鍍金層，金層厚度為50nm 200nm ;蒸鍍金層并干燥后的CZT晶片探測(cè)器在100 1000V偏壓范圍內(nèi)，每隔50 100V，加電壓保持I 2小時(shí)。3安裝取屏蔽殼體6，將CZT晶片放入定位環(huán)的空心處兩端分別放置導(dǎo)電墊環(huán)2，再放入電極3，電極3的引線從屏蔽殼體6側(cè)壁上的孔中引出至電纜轉(zhuǎn)接器，然后將壓蓋從屏蔽殼體6的通孔的兩端螺紋開(kāi)口處分別旋入，壓在電極上，壓力適中，不得壓壞CZT晶片，但要保證電極、導(dǎo)電墊環(huán)以及CZT晶片的良好電接觸。最后安裝前窗和后密封蓋。本探測(cè)裝置的工作原理伽馬等射線入射通過(guò)前窗5進(jìn)入探測(cè)器，通過(guò)與材料的相互作用進(jìn)而沉積能量， 使晶體內(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在探測(cè)器兩極的高壓作用下，電子-空穴對(duì)作為載流子分別向晶體兩側(cè)漂移，這些載流子漂移過(guò)程形成的信號(hào)電流通過(guò)極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電墊環(huán)2、金屬電極3引出至電纜轉(zhuǎn)接器4，形成輸出電流。使用時(shí)，通過(guò)電纜轉(zhuǎn)接器4對(duì)探測(cè)器施加高壓及讀出信號(hào)，利用標(biāo)準(zhǔn)射線源事先標(biāo)定好探測(cè)器的靈敏度，測(cè)量時(shí)，屏蔽殼體6可阻擋來(lái)自空間的非信號(hào)電磁干擾，射線白探測(cè)器前窗5進(jìn)入，與CZT晶體I作用產(chǎn)生信號(hào)電流。
權(quán)利要求
1.一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于包括屏蔽殼體、設(shè)置在屏蔽殼體外的兩個(gè)電纜轉(zhuǎn)接器、設(shè)置在屏蔽殼體內(nèi)的通孔以及設(shè)置在通孔內(nèi)的CZT晶體、導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋；所述CZT晶體的兩側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層；所述導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋分為兩組且對(duì)稱(chēng)分布在CZT晶體的兩側(cè)，其中導(dǎo)電墊環(huán)與CZT晶體兩側(cè)分別接觸，電極與相應(yīng)的導(dǎo)電墊環(huán)接觸，壓蓋將電極和導(dǎo)電墊環(huán)固定在屏蔽殼體內(nèi)并壓緊在CZT晶體上；所述電極通過(guò)導(dǎo)線與電纜轉(zhuǎn)接器分別連接；所述通孔的一端設(shè)置有供射線通過(guò)的前窗，其另一端設(shè)置有后密封蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述通孔中部設(shè)置有定位環(huán)，所述定位環(huán)的厚度小于CZT晶體的厚度，其內(nèi)徑與CZT晶體的外徑相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述CZT晶體為碲鋅鎘半導(dǎo)體材料，其兩側(cè)表面的導(dǎo)電層為鍍金層，鍍金層厚度為50nm 200nm ;所述導(dǎo)電墊環(huán)為極低電阻率的軟質(zhì)導(dǎo)電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述導(dǎo)電墊環(huán)是摻鋁銀粉的導(dǎo)電密封Si橡膠片，體電阻率小于0. 005 Q cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述電極材料為銅或鋁；所述壓蓋材料為聚四氟乙烯；所述前窗采用Al、Pb、Fe或Be材料；所述屏蔽殼體材料為DT4電磁純鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述電墊環(huán)材料為碳納米管+聚四氟乙烯混合體，體電阻率小于0. 0005 Q cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器，其特征在于所述電極材料為銅或鋁；所述壓蓋材料為聚四氟乙烯；所述前窗采用Al、Pb、Fe或Be材料；所述屏蔽殼體材料為DT4電磁純鐵。
全文摘要
本發(fā)明屬于輻射探測(cè)裝置，具體涉及一種壓接結(jié)構(gòu)的電流型CZT探測(cè)器。本發(fā)明解決了工藝、技術(shù)條件導(dǎo)致的CZT探測(cè)器的封裝結(jié)構(gòu)不良，封裝后漏電流增大、電極不牢固、制備難度大、性能不穩(wěn)定、加工定制成品率低等技術(shù)問(wèn)題。其包括屏蔽殼體、設(shè)置在屏蔽殼體外的兩個(gè)電纜轉(zhuǎn)接器、設(shè)置在屏蔽殼體內(nèi)的通孔以及設(shè)置在通孔內(nèi)的CZT晶體、導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋；CZT晶體的兩側(cè)表面鍍有導(dǎo)電層；導(dǎo)電墊環(huán)、電極和壓蓋分為兩組且對(duì)稱(chēng)分布在CZT晶體的兩側(cè)，其中導(dǎo)電墊環(huán)與CZT晶體兩側(cè)分別接觸，電極與相應(yīng)的導(dǎo)電墊環(huán)接觸，壓蓋將電極和導(dǎo)電墊環(huán)固定在屏蔽殼體內(nèi)并壓緊在CZT晶體上。本發(fā)明具有高的探測(cè)效率及探測(cè)靈敏度，性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)G01T1/24GK102798882SQ20121013372
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者歐陽(yáng)曉平, 趙曉川, 劉芳, 劉洋, 劉金良, 陳亮, 張子川, 蔣飛軍, 王偉 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所