專利名稱:半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器的制作方法
本發(fā)明涉及用于工程、核醫(yī)學(xué)以及其它技術(shù)領(lǐng)域：
的一種半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器。
用于室溫下的、在包含諸如CdTe、HgI2等等化合物半導(dǎo)體的輻射檢測(cè)器中，電荷收集時(shí)間，或者與檢測(cè)器相連接的前置放大器輸出信號(hào)的上沿時(shí)間隨著檢測(cè)器中輻射被吸收的位置而大幅度地起伏變化，因?yàn)?，一般說來，空穴漂移遷移率μh遠(yuǎn)小于電子遷移率μe。這種趨勢(shì)在下述情況變得越發(fā)顯著，即當(dāng)γ射線高于60KeV、通過正負(fù)電極其中之一來輻射檢測(cè)器時(shí)，這是由于從檢測(cè)效率出發(fā)檢測(cè)器的厚度(或電極間的距離)或耗盡層的厚度必須大于0.5mm，并且對(duì)于能予施加的電壓存在著一種限制。
假如前置放大器的輸出信號(hào)由主放大器形成和放大，然后由多通道脈沖高度分析儀(以下稱為MCA)進(jìn)行分析，那么相對(duì)于圖7(a)所示的，其尾隨脈沖由于下列兩個(gè)因素而在低能側(cè)延伸的全能量吸收峰值來說，脈沖高度的分布就變得不對(duì)稱了，這樣，就難以獲得一良好的能量分辨率。
因素(a)由于μh.τh乘積的微小數(shù)值引起的不完全的電荷收集(其中τh是空穴的平均自由時(shí)間)，就是說，正空穴輕易地被捕集到空穴陷井中心的趨勢(shì)。
因素(b)脈沖形成電路輸出的脈沖高度對(duì)于該電路輸入信號(hào)上沿時(shí)間的依賴性。
因素(a)與半導(dǎo)體元素的晶體的固有特性有關(guān)，而且，τh的值隨著晶體的質(zhì)量，或者隨著正空穴陷井中心的濃度而有很大變化。更為詳盡的參考資料請(qǐng)見“應(yīng)用物理46(10)1034(1977)”中，E·薩開(E.SaKai)的“HgI2輻射檢測(cè)器的目前狀況”。
因素(b)僅與電子電路的響應(yīng)特性有關(guān)，并且依賴于所使用的脈沖形成電路(或者濾波器)的類型及其形成時(shí)間常數(shù)。
圖5中表示了一種室溫輻射檢測(cè)器，它包括有諸如CdTe或者HgI2等化合物半導(dǎo)體的輻射檢測(cè)元件1、負(fù)電極2以及在元件另一面的正電極3。通常對(duì)高阻類型的CdTe或者HgI2元件1本身就是晶體，其電極2和3由導(dǎo)電敷層(一種商標(biāo))涂層或者在上面真空蒸發(fā)上一層金屬模(如在HgH2上蒸發(fā)上Pd或Ge)。
對(duì)低阻類型CdTe，元件1是一表面勢(shì)壘型，或者一種PN結(jié)型。在前者的情況下，整個(gè)晶體構(gòu)成一敏感層，在后者的情況下，敏感層是耗盡層。
負(fù)偏壓加在負(fù)電極2上，前置放大器6與正電極3相連接并且產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)Vp。主放大器(或者叫脈沖形成放大器)4接收這個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)能量信號(hào)Ve，由MCA來進(jìn)行分析。
為了解釋方便，檢測(cè)器1夾在平行的平板電極之間來表示，輸出信號(hào)通過直流耦合由正電極3取出。任何其它的取出信號(hào)的適當(dāng)方法亦可采用。
令敏感層的厚度為1，負(fù)電極2和入射輻射被吸收的位置之間的距離為X。在輻射的狀態(tài)下，在X/1足夠小的區(qū)域內(nèi)，正空穴移動(dòng)一段短短的距離，輸出信號(hào)主要由電子引起，這樣，電荷收集時(shí)間是短暫的，并且實(shí)現(xiàn)完全的電荷收集。
然而，在輻射狀態(tài)下，X/1值較大時(shí)，正空穴移動(dòng)一段較大的距離，這樣，電荷收集時(shí)間就變長(zhǎng)了，上述因素(a)，或者，電荷收集不完全的情況就變得明顯了。這一趨勢(shì)由圖6中的實(shí)線曲線Vpmax表示，因?yàn)榍爸梅糯笃?輸出電壓的脈沖高度Vpmax依賴于X/1。圖6中，電荷收集時(shí)間和前置放大器6輸出信號(hào)的上沿時(shí)間tr可取自于橫坐標(biāo)，以取代吸收位置的信息。
形成放大器4有上述的因素(b)，也就是說，它的輸出信號(hào)脈沖高度Vemax依賴于其輸入信號(hào)的上沿時(shí)間。一般說來，由于輸入信號(hào)的脈沖高度保持為常數(shù)，當(dāng)輸入信號(hào)的上沿時(shí)間增加時(shí)，輸出信號(hào)的脈沖高度Vemax趨于減小。所以，當(dāng)上沿時(shí)間增加時(shí)，Vemax/Vpmax減小。Vemax隨tr的變化由圖6中點(diǎn)和短線組成的曲線所表示。當(dāng)上述的、由單一能量γ射線輻射引起的能量信號(hào)Ve被一脈沖高度分析儀進(jìn)行分析時(shí)，所獲得的脈沖高度分布曲線如圖7(a)所示呈不對(duì)稱，其尾隨脈沖拖曳在完全能量吸收峰的低能側(cè)。如圖7(b)至圖7(d)所示，脈沖高度分布隨著輻射被吸收的位置而變化，并且能量吸收峰在X/1的值增加時(shí)移向低能側(cè)。
形成放大器4有四種功能，即(1)放大，(2)降低電路噪聲，(3)產(chǎn)生小寬度的脈沖以改善計(jì)數(shù)率特性，以及(4)產(chǎn)生出容易處理的脈沖形狀。容易處理的脈沖的形狀是指脈沖(比如當(dāng)進(jìn)行脈沖高度分析時(shí))相對(duì)時(shí)間軸有一比較扁平的峰。
放大器4可以采用的濾波器和脈沖形成電路的類型多種多樣。除了放大功能以外，這些濾波器相對(duì)于其它功能來說既有優(yōu)點(diǎn)又有不足。半導(dǎo)體檢測(cè)器和前置放大器的輸入過程中會(huì)產(chǎn)生電路噪聲、閃爍噪聲以及其它噪聲。形成電路的形成時(shí)間常數(shù)(以下僅簡(jiǎn)稱為時(shí)間常數(shù))在不同類型的濾波器中作了多多少少不同的規(guī)定。在所有他們這些當(dāng)中一般時(shí)間常數(shù)越小，串聯(lián)噪聲越大，時(shí)間常數(shù)越大，并聯(lián)噪聲越大。當(dāng)時(shí)間常數(shù)使串聯(lián)和并聯(lián)噪聲處于相同水平時(shí)，整個(gè)電路噪聲就最小。閃爍噪聲不取決于時(shí)間常數(shù)。
在另一方面，時(shí)間常數(shù)越大，空載時(shí)間越長(zhǎng)，計(jì)數(shù)率就變得越低。因此，時(shí)間常數(shù)通常要斟酌權(quán)衡電路噪聲的降低以及計(jì)數(shù)率的特性再加以決定。
假如電荷收集時(shí)間的起伏很大，以致前述因素(b)，即，脈沖形成電路的輸出脈沖高度對(duì)于前置放大器6輸出的上沿時(shí)間tr的依賴性成為不可忽視，那么就有必要將時(shí)間常數(shù)(比如峰值時(shí)間)定得與電荷收集時(shí)間相比起來要足夠長(zhǎng)，這樣，就不會(huì)總有可能選擇這樣一個(gè)時(shí)間常數(shù)以滿足減小噪聲的條件，而且計(jì)數(shù)率會(huì)減小。
一般說來，脈沖形成電路經(jīng)常用準(zhǔn)高斯濾波器。這種類型的濾波器通常是包括一個(gè)單一微分器和若干個(gè)積分器的組合體，并且能夠使得以一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的電路實(shí)質(zhì)性地降低電路噪聲。圖9中，脈沖形成放大器表示為放大器30，包括微分器/放大器31和積分器/放大器32。通常，微分器/放大器31采用極-零消除的單一CR微分器。在積分器/放大器32中，一個(gè)RC積分器或是一個(gè)低通有源濾波器通常用作積分器。積分器/放大器32經(jīng)常包括有基線還原器。放大器30經(jīng)常包括有堆積抑制電路等等。然而，由于形成電路中使用了準(zhǔn)高斯濾波器，其不利之處在于上述因素(b)變得相對(duì)地大了。Vemax/Vpmax隨tr的變化在圖8中以點(diǎn)-短線曲線a、a′和a″予以例舉表示，時(shí)間常數(shù)(峰值時(shí)間)的增加以a、a′和a″為序。
單延遲線消波濾波器有一優(yōu)點(diǎn)，即上述因素(b)，或者說依賴性，與其它的實(shí)際上具有相同時(shí)間常數(shù)的濾波器相比較，是非常小的。然而消波濾波器卻有一個(gè)缺點(diǎn)，即它內(nèi)部有較大的電路噪聲。
據(jù)報(bào)導(dǎo)，在諸如同軸型的大容量鍺檢測(cè)器的系統(tǒng)中，其電荷收集時(shí)間變動(dòng)不定，(其中，上述因素(a)，或者電荷收集的不完全情況很難分辨出來)，由于使用了假梯形濾波器(一種時(shí)-差濾波器)或者用準(zhǔn)高斯濾波器形成一個(gè)信號(hào)，再用選通積分器在一予定時(shí)間內(nèi)將形成的信號(hào)進(jìn)行積分，有可能用短時(shí)間常數(shù)消除上述因素(b)，或依賴性，以此獲得一良好的能量分辨率以及高計(jì)數(shù)率特性。更詳細(xì)的內(nèi)容參見下列文獻(xiàn)2)國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)核科學(xué)(IEEE Trans.Nucl.Sci.)NS-19(1)412(1972)中拉德加(V.Radeka)的“大型鍺檢測(cè)器信號(hào)的高比率梯形濾波器”。
3)國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)核學(xué)科學(xué)(IEEE Trans.Nucl.Sci.)NS-29(3)1125(1982)中古爾丁(F.S.Goulding，et al)等人的“半導(dǎo)體檢測(cè)器的信號(hào)處理”。
為進(jìn)行比較，假梯形濾波器的Vemax/Vpmax對(duì)于tr的依賴性由圖8中實(shí)線曲線b所表示。這一曲線是對(duì)將在一段予定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生曲線a的準(zhǔn)高斯濾波器的輸出進(jìn)行積分而獲得的。Vemax/Vpmax在大約和積分時(shí)間相同的一段時(shí)間里幾乎保持為一常數(shù)。然而，比起曲線a的情況來，空載時(shí)間就變得長(zhǎng)了一些，大約與曲線a′的情況相同。
如上所述，對(duì)于用于室溫下的這種化合物半導(dǎo)體型輻射檢測(cè)器，已提出有兩種通過電路的方法(A)和(B)來改善因上述因素(a)和(b)所引起的能量分辨的衰變。
方法(A)按此方法，僅當(dāng)X/1為足夠小時(shí)的輻射情況能如圖7(b)所示那樣得到測(cè)量。
方法(B)如圖7(b)、7(c)和7(d)所示，當(dāng)X/1增加時(shí)，由于完全能量吸收峰向低能側(cè)移動(dòng)，帶有較大的X/1值的輻射所引起的信號(hào)被放大至更大的程度(或者是，由于把X/1和Vemax兩者的函數(shù)的量從Vemax中減去或者加至其上以此來校正Vemax的輸出)，這樣，使能量吸收峰對(duì)于X/1的依賴程度減小。
比如，方法(A)在4)應(yīng)用物理評(píng)論第12，379(1977)期(Rev.phys.Apl.，12，379(1977)中瓊斯(L.T Jones)的“用于監(jiān)測(cè)核電站中放射性沉積量的碲化鎘γ頻譜儀”之中作了說明。
按照這種方法，每次輻射時(shí)，前置放大器輸出的上升時(shí)間tr作為檢測(cè)器所吸收的輻射位置深度信息X/1而得到測(cè)量，以便那些具有長(zhǎng)上升時(shí)間的信息得以忽略。方法(A)明顯地改善了能量分辨率，但在很大程度上破壞了檢測(cè)效率。
在另一方面，方法(B)的優(yōu)點(diǎn)是改善了能量分辨率而不會(huì)降低檢測(cè)效率，參見下列報(bào)告5)核儀器和方法第150，91(1978)期(Nucl.Lnstr.and Meth.150，91(1978)中庫茲(R.Kunz)的“HgI2檢測(cè)器的新脈沖處理系統(tǒng)?！?)國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)核物理第NS-31(1)348(1984)期(IEEE Trans.Nucl.Sci.，NS-31(1)348(1984)中芬格(M.Finger)等人的“碘化汞檢測(cè)器能量分辨率的改進(jìn)提高。”在資料5)中披露的方法中，(與資料4)披露的方法類似)前置放大器輸出的上升時(shí)間tr在每次輻射時(shí)，作為有關(guān)所吸收的輻射位置的深度X/1的信息得到測(cè)量。電路采用了單延遲線消波濾波器，引起了較大的電路噪聲，并且電路制作復(fù)雜，帶有兩個(gè)常數(shù)鑒別器和一個(gè)時(shí)間-幅度轉(zhuǎn)換器。
在資料6)中披露的方法中，前置放大器的輸出加至兩種脈沖形成放大器，一種是一準(zhǔn)高斯濾波器，時(shí)間常數(shù)較大，另一種是一個(gè)快速脈沖處理電路，這樣，由于使用了前一濾波器的輸出信號(hào)S(慢)以及后一電路的輸出信號(hào)S(快)，就能獲得檢測(cè)器中有關(guān)每次輻射深度的信息X/1以校正信號(hào)S(慢)。
為獲得僅由大多數(shù)為電子運(yùn)動(dòng)引起的信號(hào)的快速脈沖處理電路這樣安排，它從距前置放大器輸出信號(hào)上升點(diǎn)50毫微秒(ns)的通路上進(jìn)行大約100毫微秒(ns)的積分。所以，S(快)/S(慢)的比率當(dāng)X/1增加時(shí)趨于減小。然而缺點(diǎn)是快速脈沖處理電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且相對(duì)說來，對(duì)于低能量，如60KeV-140KeV的γ射線進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可能產(chǎn)生大的誤差。
在文獻(xiàn)5)和6)所說明的方法當(dāng)中，每一濾波器的時(shí)間常數(shù)定為一足夠大的值，以便基本上消除上述因素(b)的影響。
在上述說明當(dāng)中，來自空穴陷井中心的正空穴的未陷入被忽略。實(shí)際上，由于這種未陷入，情況會(huì)有點(diǎn)復(fù)雜。然而，原則上說，盡管在方法(B)中，對(duì)于X/1的校正程度以及校正的非線性與上述情況中的忽略未陷入的情況多少有些不同，但情況仍能由方法(A)和(B)所改善。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種用于室溫下的半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器，它使用化合物半導(dǎo)體元件作為輻射檢測(cè)元件，并且能夠改善由于電荷收集不完全(上述因素a)而衰變的能量分辨率以及脈沖形成電路輸出對(duì)于其輸入的上升時(shí)間的依賴性(由于使用化合物半導(dǎo)體元件而引起的上述因素(b))，而實(shí)際上沒有損害檢測(cè)效率。
如上所述，在這種半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器的各種所想到的應(yīng)用當(dāng)中，有一種二維位置敏感輻射檢測(cè)器，此檢測(cè)器用于核醫(yī)學(xué)診斷中，能量大于60KeV的γ射線。
幾種使用HgI2等等作為檢測(cè)元件的位置敏感輻射檢測(cè)器已在下列資料中提出過7)國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)核科學(xué)第NS-29(1)784(1982)期(IEEE Trans，Nucl.Sci.，NS-29(1)784(1982)中奧登達(dá)爾(D.Ortendahl，et.al.)等人的“小型碘化汞位置敏感檢測(cè)器的工作特性?！?br>8)核儀器和方法第213，95(1983)期(Nucl.Lnstr.and Meth，213，95(1983)中奧塔爾等人(C.Drtale，et.al)的“碘化汞檢測(cè)器”。
在設(shè)計(jì)這種輻射檢測(cè)器時(shí)，必須解決下列問題(Ⅰ)低能量分辨率，特別是能量高于60KeV的分辨率，(Ⅱ)敏感性的低均勻性，(Ⅲ)低計(jì)數(shù)率，(Ⅳ)在制作檢測(cè)頭時(shí)的困難(特別是當(dāng)需要較高的分辨率和一個(gè)寬大的視野時(shí))，(Ⅴ)檢測(cè)頭制作中的高費(fèi)用，以及(Ⅵ)檢測(cè)頭相對(duì)較短的壽命(檢測(cè)元件衰變所引起)問題(Ⅰ)產(chǎn)生于上述因素(a)，也就是電荷收集不完全以及因素(b)，也就是脈沖形成電路的輸出對(duì)于其輸入的上升時(shí)間tr的依賴性。
因素(a)基本上與半導(dǎo)體檢測(cè)元件晶體本身的質(zhì)量有關(guān)。晶體的質(zhì)量越低，能量分辨率就變得越低，至使敏感的均勻衰變。(問題Ⅱ)因此，必須大量使用高質(zhì)量的晶體作為檢測(cè)元件以提供大批的檢測(cè)元件，其結(jié)果是制造費(fèi)用提高(問題(Ⅴ))。
因素(a)中產(chǎn)生的極化效應(yīng)所引起的檢測(cè)元件特性衰變，輻射引起的毀壞以及其它原因(即能量分辨率減小和能譜中的峰值轉(zhuǎn)移)導(dǎo)致了檢測(cè)元件使用壽命的縮短。
為改善上述因素(b)引起的能量分辨率的減小，通常，脈沖形成電路的時(shí)間常數(shù)必須定為一個(gè)大數(shù)值，結(jié)果導(dǎo)致計(jì)數(shù)率的特性衰變(問題(Ⅲ))。
所以，本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供一種二維位置敏感輻射檢測(cè)器，它包括若干個(gè)化合物半導(dǎo)體的輻射檢測(cè)元件，并且具有改進(jìn)的能量分辨率，均勻敏感性以及計(jì)數(shù)率特性，即便不同的檢測(cè)元件的半導(dǎo)體晶體的質(zhì)量多多少少存在一些變化，也可以使用這種檢測(cè)器而不發(fā)生麻煩，因而制造成本降低，同時(shí)，即使檢測(cè)元件晶體多少有些衰變，也可以減小其對(duì)檢測(cè)器的影響來得到一個(gè)長(zhǎng)久壽命的檢測(cè)元件。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是一按照本發(fā)明構(gòu)成的輻射檢測(cè)器的示意方框圖。
圖2(a)、2(b)、2(c)和2(d)是用以解釋檢測(cè)器工作的圖表。
圖3和圖4是本發(fā)明不同實(shí)施方案的示意方框圖;
圖5是一常規(guī)輻射檢測(cè)器的示意方框圖;
圖6、7(a)、7(b)、7(c)、7(d)和8是用以解釋常規(guī)輻射檢測(cè)器的圖表;
圖9是一常規(guī)輻射檢測(cè)器的示意方框圖;
圖10是一按照本發(fā)明結(jié)構(gòu)的位置敏感輻射檢測(cè)器的檢測(cè)部分的示意透視圖;
圖11(a)和11(b)是示意方框圖，結(jié)合一起表示位置敏感輻射檢測(cè)器的信號(hào)處理系統(tǒng);
圖12(a)和12(b)是用以解釋該位置敏感輻射檢測(cè)器運(yùn)行的圖表;
圖13是檢測(cè)部分不同形式的示意透視圖;
圖14是該信號(hào)處理系統(tǒng)一個(gè)部分不同形式的示意方框圖。
依據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器包括工作于室溫下、由化合物半導(dǎo)體制成、響應(yīng)每次輻射產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號(hào)的輻射檢測(cè)元件;將該電流信號(hào)進(jìn)行前置放大并產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)的裝置;將前置放大裝置的電壓信號(hào)形成和放大的裝置，它包括由一微分器和一積分器組合而成的準(zhǔn)高斯濾波器;在每次輻射中將第一微分器輸出所引起的信號(hào)脈沖高度與形成和放大裝置輸出的脈沖高度進(jìn)行比較以獲得有關(guān)電荷收集時(shí)間信息的裝置;按照每次輻射時(shí)電荷收集時(shí)間的信息把形成和放大裝置輸出信號(hào)的脈沖高度進(jìn)行校正，以此來改善電荷收集不完全引起的能量分辨率衰變的裝置。
而且還提供有一種半導(dǎo)體位置敏感輻射檢測(cè)器，它使用若干個(gè)化合物半導(dǎo)體輻射檢測(cè)元件作為輻射檢測(cè)裝置，其檢測(cè)元件可在室溫下工作，具有正負(fù)電極，并且依照行和列進(jìn)行安排以構(gòu)成一個(gè)矩陣。
位置敏感輻射檢測(cè)器還沒有數(shù)字位置信號(hào)產(chǎn)生裝置，該裝置包括第一組前置放大器，每一放大器通過公用線與矩陣每一行中輻射檢測(cè)元件的正負(fù)兩極之一相連接，以產(chǎn)生矩陣每一行中每個(gè)檢測(cè)元件檢測(cè)到的輻射引起的第一探測(cè)信號(hào);
第一組微分器/放大器，每個(gè)都與第一組前置放大器中的一個(gè)相連接;
第一組鑒別器，每個(gè)鑒別器都與第一組微分器/放大器中的一個(gè)相連接以產(chǎn)生第一數(shù)字脈沖信號(hào);
第一編碼器，該編碼器把第一數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生第一數(shù)字位置信號(hào);
第二組前置放大器，每個(gè)放大器通過一公用線與矩陣每一列中輻射檢測(cè)元件的正、負(fù)兩極中的另一個(gè)極相連接，以產(chǎn)生矩陣每一列中每一檢測(cè)元件檢測(cè)到的輻射所引起的第二檢測(cè)信號(hào);
第二組微分器/放大器，每一微分器/放大器都與第二組前置放大器中的一個(gè)相連接;
第二組鑒別器，每個(gè)鑒別器都與第二組微分器和放大器中的一個(gè)相連接以產(chǎn)生第二數(shù)字脈沖信號(hào)，以及第二編碼器，它把第二數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生第二數(shù)字位置信號(hào)。
位置敏感輻射檢測(cè)器還進(jìn)一步包括
符合檢測(cè)裝置，該裝置檢查第一和第二檢測(cè)信號(hào)是否在予定時(shí)間內(nèi)符合一致，并僅當(dāng)符合情況發(fā)生時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào);
能量信號(hào)供給裝置，該裝置包括通過一個(gè)延遲電路與至少在第一和第二織其中之一組中的每一微分器/放大器相連接以產(chǎn)生一個(gè)輸出的模擬乘法器，一個(gè)積分器/放大器接收這個(gè)乘法器的輸出，微分器/放大器和積分器/放大器組合構(gòu)成一個(gè)主放大器產(chǎn)生一個(gè)脈沖型能量信號(hào);
脈沖高度分析儀，該分析儀確定能量信號(hào)至少在一個(gè)能窗內(nèi);
為獲得由檢測(cè)元件測(cè)得的每次輻射的有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息的裝置，該裝置包括一個(gè)輔助放大器，其特點(diǎn)是以高于積分器/放大器的增益來放大高頻分量，并且與并列于積分器/放大器的乘法器的輸出相連接，該裝置還包括一個(gè)將輔助放大器輸出的高度與積分器/放大器輸出的高度相比較的電路;
校正裝置，該裝置按照每次輻射時(shí)有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息，把相對(duì)于脈沖高度分析儀能窗的能量信號(hào)進(jìn)行校正，以此來改善可能由不完全的電荷收集引起的能量分辨率的衰變;
以及調(diào)整裝置，該裝置調(diào)整由校正裝置在每次輻射時(shí)按照從一存儲(chǔ)器讀出的內(nèi)容進(jìn)行校正的程度，該存儲(chǔ)器由一些在每次輻射時(shí)獲得的數(shù)字位置信號(hào)來定址。
參見圖1，圖中表示一輻射檢測(cè)裝置，它包括有可在室溫下工作的輻射檢測(cè)器1以及一個(gè)前置放大器6，這兩者與圖5所示相應(yīng)元件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)都相同。該裝置還包括有一微分器/放大器131和積分器/放大器132，這兩者分別與圖9所示的微分器/放大器31以及積分器/放大器32相類似，并且，作為一整體構(gòu)成一個(gè)包括準(zhǔn)高斯濾波器的放大器。
微分器/放大器131的輸出Vd加至一延遲電路/放大器100和一個(gè)觸發(fā)電路101。觸發(fā)電路101可包含一個(gè)短時(shí)間常數(shù)的微分器、一個(gè)基線復(fù)原器、采用一比較器的鑒別器等，脈沖發(fā)生器、閾值電壓供給器等等，并且僅當(dāng)輸入信號(hào)Vd或是它的微分信號(hào)超過一閾值電平時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖T。
在上述觸發(fā)器電路101的結(jié)構(gòu)中，采用了前沿觸發(fā)器方法，另一方面，也采用了零交叉的方法或者使用延遲線的恒定分?jǐn)?shù)定時(shí)方法。
觸發(fā)器脈沖T加至定時(shí)控制電路102，該電路產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)a、b、c和d。這些信號(hào)將在下面按適當(dāng)?shù)臅r(shí)序予以說明。電路102還有一個(gè)作用，就是檢測(cè)和消除堆積現(xiàn)象，另外，再一個(gè)作用就是當(dāng)前一輻射引起的信號(hào)正被進(jìn)行處理時(shí)，防止對(duì)后一輻射引起的信號(hào)進(jìn)行處理。
另一方面，來自微分器/放大器131的信號(hào)Vd被延遲電路/放大器100延遲一段予定的時(shí)間，然后加至分別產(chǎn)生輸出信號(hào)Vg和Vd′的積分器/放大器132和放大器133。如果放大器133包括一個(gè)時(shí)間常數(shù)小于上述微分器/放大器131(其時(shí)間常數(shù)通常等于積分器/放大器132的時(shí)間常數(shù))的微分器，信號(hào)Vd′的脈沖寬度變窄了，其脈沖高度在時(shí)間tr的值相對(duì)較小的范圍內(nèi)對(duì)電荷收集時(shí)間tr的變化就變得高度靈敏了，同時(shí)，噪聲也相對(duì)有所增加。
信號(hào)Vd′和Vg分別加至峰值檢測(cè)/保持電路或者脈沖展寬器141和140，其復(fù)位信號(hào)、門信號(hào)等等由定時(shí)信號(hào)a和b來控制。電路140和141分別產(chǎn)生最大高度為Vgmax和Vg′max的信號(hào)，并將其加至除法器110，該除法器110產(chǎn)生一個(gè)與Vd′max/Vgmax相應(yīng)的信號(hào)。取樣保持電路151受控于定時(shí)信號(hào)C，以接收和保持與Vd′max/Vgmax相應(yīng)的信號(hào)，而另一個(gè)取樣保持電路150受控于定時(shí)信號(hào)C以接收和保持來自峰值檢測(cè)/保持電路140的輸出Vgmax。來自取樣保持電路151的輸出由非線性放大器111進(jìn)行非線性處理，然后加至乘法器112，來自取樣保持電路150的輸出也加至這個(gè)乘法器。
乘法器112和取樣保持電路150的輸出被共同加到加法器113，加法器113產(chǎn)生一個(gè)輸出，此輸出加到取樣保持電路/驅(qū)動(dòng)器152，并由此取樣保持電路/驅(qū)動(dòng)器保持，而取樣保持電路/驅(qū)動(dòng)器152由定時(shí)信號(hào)d控制，這樣就獲得一能量信號(hào)CORR·Vg。
在用多通道脈沖高度分析儀對(duì)能量信號(hào)CORR.Vg進(jìn)行分析的情況下，定時(shí)控制電路102的配置使它能為脈沖高度分析儀產(chǎn)生一門信號(hào)MCAGATE。
圖1所示電路的工作原理如下修正的能量信號(hào)CORR·Vg可由沒修正的信號(hào)Vgmax表示如下CORR·Vg＝Vgmax(1+f(tr))＝Vgmax+Vgmax·f(tr) (1)其中，f(tr)是一修正系數(shù)，它是前面提到的關(guān)于輻射被吸收處深度的信息的函數(shù)，即電荷收集時(shí)間tr的函數(shù)。
例如，假設(shè)Vgmax對(duì)tr的依賴關(guān)系由圖6所示的Vemax對(duì)tr的依賴關(guān)系的曲線表示。如果圖2所示的函數(shù)f(tr)被用于式(1)作為修正用，則能量分辨率可以得到改善，否則，此能量分辨率就會(huì)被前面提到的系數(shù)(a)-電荷收集不完全和系數(shù)(b)-脈沖形成電路的輸出對(duì)tr的依賴關(guān)系所逐漸降低。
微分器/放大器131的輸出信號(hào)的脈沖高度值Vdmax是tr的函數(shù)，例如，由圖8的斷續(xù)的曲線C所示(在這種情況下，Vdmax/Vpmax(相對(duì)值)作為縱坐標(biāo))，此函數(shù)比Vgmax對(duì)tr的依賴性大。然而，在這種情況下，函數(shù)Vdmax隨微分器的時(shí)間常數(shù)變化，而且曲線C是由與曲線a大致相同的時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生的。如果放大器133包括一微分器(其時(shí)間常數(shù)很小)，放大器133的輸出信號(hào)Vd′max是tr的函數(shù)，例如圖8的斷續(xù)曲線d所示，其中，Vd′max/Vpmax(相對(duì)值)作為縱坐標(biāo)。在這種情況下，
R≡K·Vd′max/Vgmax (2)表示了一個(gè)tr的函數(shù)，例如，圖2(b)，并且能用作一個(gè)表示一次輻射深度或者電荷收集時(shí)間tr的X/1信息的參數(shù)。(在公式(2)中，系數(shù)K在相對(duì)于tr≈0的情況時(shí)為K·Vd′max＝Vgmax)這樣，就有可能將f(tr)表示為R的函數(shù)P(
)，如公式(2)所表示的一樣，并且可以從圖2(a)和圖2(b)示例曲線中獲得圖2(c)所表示的非線性曲線。
再回到圖1，除法器110的輸出與公式(2)所限定的R相應(yīng)，并由非線性放大器111轉(zhuǎn)換成一個(gè)與P(R)＝f(tr)相應(yīng)的信號(hào)，乘法器112產(chǎn)生一個(gè)公式(1)中所表示的，與Vgmax·f(tr)相應(yīng)的信號(hào)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案已如上所述，在不超出本發(fā)明的范圍內(nèi)會(huì)有各種各樣的變型。
由于積分器/放大器132的傳遞時(shí)間一般比放大器133的傳遞時(shí)間長(zhǎng)，積分器/放大器132可安排成提前于放大器133接受一個(gè)輸入，而不必使用常用的延遲電路/放大器100。
峰值檢測(cè)/保持電路140和141的輸出信號(hào)Vgmax和Vd′max可先由分離取樣保持電路保持，然后加至除法器110和取樣保持電路150。
圖2(c)所示曲線可由圖2(d)那樣來表示。令△R≡1-R＝(Vgmax-K·Vd′max)/Vgmax (3)而且，校正系數(shù)f(tr)可表示為Q(△R)，△R的一個(gè)函數(shù)。在這種情況下，在圖1所示除法器110之前加入一減法器，以便使除法器110的輸出可與公式(3)所表示的△R相應(yīng)，而不是由公式(2)所限定的R，以使得非線性放大器111的輸出變成響應(yīng)輸入而單調(diào)增加的函數(shù)。
假設(shè)作為對(duì)上述改進(jìn)方案的第一個(gè)近似數(shù)的函數(shù)Q(△R)(由圖2(d)中斷續(xù)線所示)在△R的相對(duì)微小的范圍內(nèi)由下式所限定Q(△R)≡f(tr)＝α·R (4)其中α為一比例常數(shù)。
將(3)和(4)替換進(jìn)式(1)，我們可得CORR·Vg＝Vgmax+α(Vgmax-K·Vd′max)≡CORR·Vg′ (5)這一改進(jìn)方案的電路安排如圖3所示，其中包括圖1中所表示的峰值檢測(cè)/保持電路140和141以及一個(gè)定時(shí)控制電路202，該電路響應(yīng)觸發(fā)脈沖T產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)a、b和d′和一個(gè)選通信號(hào)MCAGATE以適當(dāng)時(shí)序提供給多通道分析儀。輸出信號(hào)Vgmax和Vd′max加至減法器214，該減法器產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)于(Vgmax-K Vd′max)的信號(hào)。這一信號(hào)和信號(hào)Vgmax加至加法器213，該加法器213相應(yīng)于公式(5)進(jìn)行運(yùn)算以產(chǎn)生一個(gè)輸出，該輸出饋至響應(yīng)于定時(shí)信號(hào)d′的取樣保持電路/驅(qū)動(dòng)器252并得到保持，以獲得一個(gè)能量信號(hào)CORR·Vg′。
為以下原因，上述的近似法非常有用。如圖2(d)中實(shí)線曲線所示，即便校正程度高，在大△R范圍內(nèi)，校正中一個(gè)大的誤差在本質(zhì)上講是不可避免的，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致可靠性下降。除了在圖3中，圖1中的乘法器、非線性放大器等等可以省去，這樣，電路就可簡(jiǎn)化。
在本發(fā)明的另一改進(jìn)的實(shí)施方案中，在脈沖形成放大器中可使用包括準(zhǔn)高斯濾波器和一個(gè)選通積分器組合而成的假梯形濾波器。在這種情況下，上述因素(b)，即，脈沖形成電路輸出對(duì)于tr的依賴性，如圖8中實(shí)線曲線所示那樣，是非常小的，這樣，另一因素(a)，即，電荷收集的不完全就是能量分辨率衰變的主要原因。
這一改進(jìn)方案的電路安排如圖4所示，它包括一個(gè)積分器/放大器132，放大器133和一個(gè)峰值檢測(cè)/保持電路141，如圖1中所示。定時(shí)控制電路302響應(yīng)觸發(fā)脈沖T進(jìn)行工作并產(chǎn)生定時(shí)信息a、bg、br，C和d(或d′)和一個(gè)選通信號(hào)MCAGATE，并以一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)序提供多通道分析器。
來自積分器/放大器132的輸出信號(hào)Vg加至選通積分器160，在一予定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行積分，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)Vgi。選通積分器160設(shè)有一個(gè)由定時(shí)信號(hào)bg控制的門開關(guān)以及一個(gè)由定時(shí)信號(hào)br控制的復(fù)位開關(guān)以使該積分器具有保持作用。
在積分器前面設(shè)置一個(gè)電壓/電流變換器可在輸入信號(hào)的一個(gè)大的范圍內(nèi)改善積分的線性。
來自積分器160的輸出信號(hào)Vgi實(shí)際上以同圖1或圖3中的信號(hào)Vgmax同樣的方式得到處理。這樣，根據(jù)信號(hào)Vgi和Vd′max的關(guān)系，信號(hào)Vgi得到校正，以獲得一個(gè)校正的能量信號(hào)。
在圖1結(jié)構(gòu)中，準(zhǔn)高斯濾波器的時(shí)間常數(shù)由于改變了微分器/放大器131中微分器的時(shí)間常數(shù)而得到改變。信號(hào)Vd以及信號(hào)Vd′也隨時(shí)間常數(shù)改變，結(jié)果導(dǎo)致檢測(cè)器實(shí)際使用中的不便。所以，微分器/放大器131中微分器的時(shí)間常數(shù)可定為τ。，積分器/放大器132可設(shè)置有一可變時(shí)間常數(shù)τ的微分器，以便，整個(gè)準(zhǔn)高斯濾波器能有一個(gè)可在τ≤τo范圍內(nèi)變化的時(shí)間常數(shù)τ。
半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器可以有效地用于圖10至圖14中所表示的位置敏感輻射檢測(cè)器之中。
圖10中表示了若干化合物半導(dǎo)體元件111-114，每一元件都夾在一對(duì)平行的電極板211-244以及311-344中，以便組成一輻射檢測(cè)器。為了敘述方便，檢測(cè)器安排成4X4的陣列。在每一表示元件111-114的三位數(shù)字1ij當(dāng)中，數(shù)字i代表元件在陣列四行中每一行(或在X方向)里的位置，數(shù)字j代表元件在陣列中四列中每一列(或在Y方向)里的位置。
輻射通過在圖中未示但在電極311-344附近設(shè)置的準(zhǔn)直儀照射到電極311-344上。對(duì)面的電極211-244通過直流耦合連接前置放大器6a1-6a4，以便能虛地。特別是，電極211，212，213以及214由一公用信號(hào)線連接至前置放大器6a1以產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出Vpx1。同樣，電極221，222，223，224連接前置放大器6a2產(chǎn)生電壓輸出Vpx2;電極231，232，233和234連接前置放大器6a3產(chǎn)生電壓輸出Vpx3;電極241，242，243和244連接前置放大器6a4產(chǎn)生電壓輸出Vpx4。
另一方面，偏置電極311-344連接相應(yīng)的前置放大器6b1-6b4，這一連接是通過一交流耦合完成的。特別是，電極311，321，331和341一方面由一公用信號(hào)線路通過偏置電阻41接至高壓電源HV，另一方面，通過電容51連接前置放大器6b1，產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出Vpy1。同樣，電極312，322，332以及342;313，323，333以及343一方面通過偏置電阻42、43和44連接高壓電源HV，另一方面通過電容52、53、54連接前置放大器6b2，6b3和6b4以分別產(chǎn)生電壓輸出Vpy2、Vpy3以及Vpy4。
圖11(a)和圖11(b)表示處理上述電壓輸出Vpx1-Vpx4以及Vpy1-Vpy4的一個(gè)電路。來自前置放大器6a1-6a4的輸出Vpx1-Vpx4(包含有x方向的、關(guān)于檢測(cè)位置的信息)加至相應(yīng)的放大器7a1-7a4，每個(gè)放大器包括一個(gè)微分器。放大器7a1-7a4分別產(chǎn)生相應(yīng)地輸出Vdx1-Vdx4，并將其分別加至相應(yīng)的觸發(fā)器電路8a1-8a4以及延遲電路/放大器91-94(圖11(b))。
每個(gè)觸發(fā)器電路8a1-8a4可包括一個(gè)短時(shí)間常數(shù)的微分器、一個(gè)基線復(fù)原器、使用一比較器的鑒別器、一個(gè)脈沖發(fā)生器等等，并且，僅當(dāng)對(duì)其輸入信號(hào)或是由其輸出的微分信號(hào)超過閾值電平發(fā)生器10的閾值電壓VTH時(shí)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)。觸發(fā)器電路8a1-8a4可使用前沿觸發(fā)方法、零交叉方法或者采用延遲線的恒定分?jǐn)?shù)定時(shí)方法。
從8a1-8a4來的數(shù)字脈沖信號(hào)加至或電路16a和一個(gè)自鎖電路11a。當(dāng)觸發(fā)器電路8a1-8a4中至少有一個(gè)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，或電路16a就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)T1x、該信號(hào)被加至一個(gè)T2信號(hào)發(fā)生器17a和一個(gè)符合檢測(cè)電路20。在產(chǎn)生信號(hào)T1x的同時(shí)，T2x信號(hào)發(fā)生器17a一般立即將相應(yīng)的信號(hào)T2x加至自鎖電路11a以便將內(nèi)容固定在其中。自鎖電路11a可包括例如D型自鎖電路或是D型觸發(fā)器。
來自自鎖電路11a的輸出(其內(nèi)容也被固定)饋至編碼器12a以便可變換成為一個(gè)相應(yīng)的碼，該碼然后加至自鎖電路13a。自鎖電路11a的輸出還加至奇偶性校驗(yàn)電路18a，所得的奇偶信息(奇數(shù)或偶數(shù))加至T3x信號(hào)發(fā)生器19a。
自鎖電路11a的輸出還加至一個(gè)模擬多路調(diào)制器控制電路23，該電路受控于一個(gè)定時(shí)信號(hào)ASENABLE(下面將予說明)以產(chǎn)生四個(gè)信號(hào)ASCH1-ASCH4其中之一。
來自發(fā)生器17a的信號(hào)T2X還加至T3X信號(hào)發(fā)生器19a，該電路以上述奇偶數(shù)信息為基準(zhǔn)檢查是否兩個(gè)或兩個(gè)以上的觸發(fā)器電路8a1-8a4不同時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并且僅在兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)被同時(shí)產(chǎn)生出來時(shí)才產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)T3x。信號(hào)T3x加至一定時(shí)控制電路22，盡管使用奇偶校驗(yàn)電路18a的檢查方法簡(jiǎn)便，但在三個(gè)觸發(fā)器電路同時(shí)產(chǎn)生信號(hào)時(shí)進(jìn)行檢查是不可能的。所以，在要求有很高的計(jì)數(shù)率的測(cè)量應(yīng)用中，就需要有一個(gè)不同的檢查方法。
對(duì)包含有Y方向檢測(cè)器位置信息的輸出信號(hào)Vpy1-Vpy4，除了延遲電路/放大器91-94模擬多路調(diào)制器控制電路23和其它與其相連接的電路元件以外，提供了一個(gè)與為信號(hào)Vpx1-Vpx4的電路安排相類似的電路安排。
前置放大器6b1-6b4的輸出Vpy1-Vpy4加至相應(yīng)的放大器7b1-7b4，每一個(gè)都帶有一個(gè)微分器。放大器7b1-7b4分別產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)Vdy1-Vdy4，并將其加至相應(yīng)的觸發(fā)器電路8b1-8b4，該電路僅當(dāng)輸入信號(hào)或輸出的微分信號(hào)超過了由閾值電平發(fā)生器10提供的閾值電壓VTH的時(shí)候才產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)。
觸發(fā)器電路8b1-8b4的數(shù)字脈沖信號(hào)加至一個(gè)或電路16b和一個(gè)自鎖電路11b。當(dāng)觸發(fā)器電路8b1-8b4中至少一個(gè)電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，或電路16b產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)T1y、該信號(hào)再加至T2y信號(hào)發(fā)生器17b和前述的符合檢測(cè)電路20。在產(chǎn)生信號(hào)T1y的時(shí)候，一般T2y信號(hào)發(fā)生器17b立即將一相應(yīng)的信號(hào)T2y加至自鎖電路11b并固定其內(nèi)容。
來自自鎖電路11b(其內(nèi)容已固定)的輸出加至一編碼器12b，以便將其變換為一個(gè)相應(yīng)的碼，然后，該碼加至自鎖電路13b。自鎖電路11b的輸出還加至一奇偶校驗(yàn)電路18b，所得的奇偶數(shù)信息加至-T3y信號(hào)發(fā)生器19b。
發(fā)生器17b的信號(hào)T2y還加至T3y信號(hào)發(fā)生器19b，該發(fā)生器以上述奇偶信息為基準(zhǔn)來檢查是否兩個(gè)或兩個(gè)以上的觸發(fā)器電路8b1-8b4不在同時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并且，只在兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)被同時(shí)產(chǎn)生出來的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)T3y。信號(hào)T3y加至上述定時(shí)控制電路22。
符合檢測(cè)電路22檢查是否脈沖信號(hào)T1x和T1y在一予定時(shí)間內(nèi)符合一致，并且當(dāng)兩信號(hào)符合一致時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)T4。信號(hào)T4加至定時(shí)控制電路22。信號(hào)T3x、T3y和T4已加至定時(shí)控制電路22的時(shí)候，電路22按各自時(shí)序產(chǎn)生一系列的定時(shí)信號(hào)a-d、ASENABLE、T5-T9等等。
定時(shí)信號(hào)T5固定自鎖電路13a和13b的內(nèi)容，自鎖電路13a和13b分別產(chǎn)生數(shù)字位置信號(hào)Dig·X0和Dig·Y0。這些信號(hào)分別加至相應(yīng)的自鎖電路14a和14b，其內(nèi)容分別由定時(shí)信號(hào)T8所固定。電路14a和14b還分別產(chǎn)生數(shù)字位置信號(hào)Dig·X和Dig·Y。
信號(hào)Dig·X和Dig·Y分別加至相應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器/驅(qū)動(dòng)器15a和15b。這樣獲得的模擬位置信號(hào)X和Y以及下面將予說明的啟通信號(hào)UNBLANKING加至CRT顯示器25，以便可在其屏幕上顯示一個(gè)二維圖象。
盡管未在圖11(a)中予以表示，但最好有一隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(該發(fā)生器可包括一個(gè)計(jì)數(shù)器)，以便在每一個(gè)自鎖電路14a和14b之中，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸出可加到來自每一個(gè)編碼器的碼信號(hào)的低位上，以此來防止在每一圖象元件上圖象的集中，并且保證在CRT屏幕上獲得一清晰的圖象。
每個(gè)延遲電路/放大器91-94包括一個(gè)延遲線和一個(gè)帶有基線復(fù)原器的放大器。帶有微分器的放大器7a1-7a4的輸出Vdx1-Vdx4通過相應(yīng)的延遲電路/放大器91-94加至一模擬多路調(diào)制器100。模擬多路調(diào)制器控制電路23產(chǎn)生輸出信號(hào)ASCH1-ASCH4來控制模擬多路調(diào)制器，這樣，只有那些相應(yīng)于已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)輸出的觸發(fā)器電路8a1-8a4的延遲電路/放大器91-94的輸出可被加至積分器/放大器132和一個(gè)輔助放大器133。模擬多路調(diào)制器100可包括模擬開關(guān)和一個(gè)加法器，并且與如果只進(jìn)行簡(jiǎn)單加法進(jìn)行比較，可有助于將電路噪聲減小到更低的程度。積分器/放大器132以及輔助放大器133分別產(chǎn)生輸出信號(hào)Vg和Vd′。
每個(gè)都包括有一微分器的放大器7a1-7a4以及積分器/放大器132結(jié)合起來構(gòu)成一主放大器，它為產(chǎn)生能量信號(hào)而進(jìn)行脈沖形成。比如，每個(gè)放大器7a1-7a4由一個(gè)單獨(dú)的CR微分器(通常使用極-零消除)和一個(gè)放大器所組成，積分器/放大器132由一個(gè)以上的RC積分器或是低通有源濾波器以及一個(gè)放大器所組成，即可構(gòu)成一個(gè)帶有準(zhǔn)高斯濾波器的脈沖形成放大器。
在上述電路結(jié)構(gòu)中，設(shè)有許多帶微分器的放大器7a1-7a4，這樣，如果形成時(shí)間常數(shù)τ是可變的，選擇時(shí)間常數(shù)就成一個(gè)麻煩事兒，并且還引起放大器輸出Vdx1-Vdx4的脈沖寬度和高度的起伏不定，結(jié)果，在定時(shí)控制和下面將予說明的校正電路的定時(shí)和調(diào)整中增加了復(fù)雜性和困難。所以，準(zhǔn)高斯濾波器這樣安排在放大器7a1-7a4中的所有的微分器的時(shí)間常數(shù)定為τ0，積分器/放大器132包括有一微分器和一個(gè)時(shí)間常數(shù)τ為可變的積分器，這樣，總的來說，時(shí)間常數(shù)在τ≤τ0的范圍內(nèi)可變。在這種情況下，從校正率特性角度說，需要有，放大器7a1-7a4中的微分器，因?yàn)?，它們的作用就是將信?hào)Vdx1-Vdx4的脈沖寬度限制為一相對(duì)小的寬度，因此，有助于縮短信號(hào)通過模擬多路調(diào)制器100的時(shí)間。
另一方面，輔助放大器133的一個(gè)優(yōu)于積分器/放大器132的特性是放大高頻分量。舉例來說，輔助放大器132可包括在DC分量至某一頻率的范圍內(nèi)有一恒定放大量的普通放大器，或者，由一脈沖形成電路(其時(shí)間常數(shù)短于上述主放大器(僅包括一微分器或一微分器和一積分器)的時(shí)間常數(shù)τ)以及一個(gè)放大器組成的結(jié)合體。結(jié)果，與信號(hào)Vg相比較，信號(hào)Vd′的脈沖高度更加依賴于電荷收集時(shí)間tr，或者前置放大器6a1-6a4輸出的上升時(shí)間。
輔助放大器133帶有一個(gè)具有短時(shí)間常數(shù)的積分器，或者帶有一個(gè)從信號(hào)上升后一個(gè)相對(duì)短時(shí)間開始將輸入信號(hào)進(jìn)行一段予定短時(shí)期積分的積分器，設(shè)置這樣一個(gè)輔助放大器可減小串連噪聲。然而，這個(gè)結(jié)構(gòu)，多多少少會(huì)減小對(duì)于tr的依賴性。
信號(hào)Vd′和Vg分別加至峰值檢測(cè)/保持電路或者脈沖展寬器141和140，這兩個(gè)展寬器受控于定時(shí)信號(hào)a和b分別產(chǎn)生信號(hào)Vd′max和Vgmax。信號(hào)Vgmax加至一除法器110，取樣保持電路150以及一個(gè)減法器114，信號(hào)Vd′max也加至減法器114。
對(duì)于電荷收集時(shí)間tr≈0的輻射，如果系數(shù)K選擇為Vgmax＝K·Vd′max，減法器114則產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于(Vgmax-K·Vd′max)的輸出，這一輸出加至除法器110，以便能夠被Vgmax除而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這樣，與上述公式相應(yīng)的一個(gè)信號(hào)可產(chǎn)生出來。
△R≡(Vgmax-K·Vd′maw)/Vgmax其中△R是電荷收集時(shí)間tr的函數(shù)，與能量無關(guān)。
取樣保持電路151受來自定時(shí)控制電路22的定時(shí)信號(hào)C的控制，以接受并保持除法器110的輸出，取樣保持電路150受定時(shí)信號(hào)C的控制以接受和保持取樣保持電路140的輸出Vgmax。
取樣保持電路151的輸出△Rh由非線性放大器111進(jìn)行非線處理，以便加至乘法器109。
另一方面，數(shù)字位置信號(hào)DigX0和DigY0來自自鎖電路13a和13b，它們被加至一校正存儲(chǔ)器26。在使用定時(shí)信號(hào)T6時(shí)，存儲(chǔ)器26中的數(shù)據(jù)被讀出并加至自鎖電路27，以便由定時(shí)信號(hào)T7將其固定在自鎖電路27中。電路27所固定的內(nèi)容由D/A轉(zhuǎn)換器28進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為一個(gè)模擬信號(hào)，再加至乘法器109。乘法器109產(chǎn)生一個(gè)與非線性放大器111的輸出信號(hào)和該模擬信號(hào)的乘積相應(yīng)的輸出信號(hào)。
乘法器109的輸出信號(hào)和取樣保持電路150的輸出信號(hào)Vgmaxh加至一乘法器112，該乘法器產(chǎn)生一個(gè)與兩個(gè)輸入信號(hào)的乘積相應(yīng)的信號(hào)。乘法器112的輸出信號(hào)和信號(hào)Vgmaxh加至加法器113進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)。取樣保持電路152由定時(shí)信號(hào)d所控制，接受并保持從加法器113來的相加后的信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)能量信號(hào)CORR·Vg，該信號(hào)加至脈沖高度分析儀29。
該分析儀檢查信號(hào)CORR·Vg是否在予定的一個(gè)或多個(gè)能量范圍(窗)內(nèi)，如果確是如此，該分析儀產(chǎn)生一信號(hào)ANALYZE，并將其加至一啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器24(圖11(a))。假如信號(hào)ANALYZE與加至發(fā)生器24的定時(shí)信號(hào)Tg符合一致，發(fā)生器就產(chǎn)生加至CRT顯示器25的啟動(dòng)信號(hào)UNBLANK。
T2信號(hào)發(fā)生器17這樣安排當(dāng)它接受輸入信號(hào)T1x(或是T1y)并且產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)輸出信號(hào)T2x(或T2y)時(shí)，它在一段時(shí)間內(nèi)不接受由緊隨之后的輻射引起的另一個(gè)信號(hào)T1x(或T1y)以便處理前一輻射，相應(yīng)地它也不響應(yīng)隨后的信號(hào)T1x(或T1y)而產(chǎn)生信號(hào)T2x(或T2y)。為此，T2信號(hào)發(fā)生器17可設(shè)有一觸發(fā)器以構(gòu)成一標(biāo)記(flag)。
在完成了處理前一輻射的幾個(gè)步驟之后(并非所有的處理步驟都需完成)，當(dāng)奇偶數(shù)信息確定兩個(gè)或者更多的觸發(fā)器電路8a1-8a4，8b1-8b4已同時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)時(shí)，或者，當(dāng)符合檢測(cè)電路20判定出信號(hào)T1x和T1y不相符合的時(shí)候，復(fù)位控制電路21將復(fù)位信號(hào)RESET加至T2信號(hào)發(fā)生器17a和17b以恢復(fù)接受輸入信號(hào)。
校正能量信號(hào)的工作原理如下所校正的能量信號(hào)CORR·Vg可由上述公式(1)來表達(dá)。校正系數(shù)f(tr)是有關(guān)半導(dǎo)體檢測(cè)元件中所吸收的輻射位置深度的信息的函數(shù)(比如由負(fù)電極表面輻射發(fā)生處的距離)，即電荷收集時(shí)間tr的函數(shù)。由于上述因素(a)(電荷收集不完全)以及因素(b)(脈沖形成電路輸出對(duì)于輸入的上升時(shí)間的依賴性)，正常情況下，所吸收的輻射位置與負(fù)電極表面越遠(yuǎn)，或者換句話說，電荷收集時(shí)間越長(zhǎng)，能量信號(hào)Vgmax的高度越趨向于變得越低，并且校正系數(shù)f(tr)則必須越大。
另一方面，公式(3)所給出的△R也是tr的函數(shù)，并且相對(duì)于tr單調(diào)地增加。這樣△R≈0-1，因?yàn)閠r＝0→∞。所以，如圖12(a)中實(shí)線曲線Ⅰ、Ⅱ所示(分別由含有相對(duì)好一些的晶體的半導(dǎo)體元件和含有相對(duì)差一些的晶體的半導(dǎo)體元件所引起)，校正系數(shù)f(tr)可由△R的函數(shù)來表示。所以，f(tr)≡Q(△R)的最佳△R特性予先得到測(cè)量，并且，非線性放大器111可得到與此測(cè)量所獲得的非線性特性大致相等的一種轉(zhuǎn)換特性。
然而，上述因素(a)，或者電荷收集的不完全隨著不同檢測(cè)元件111-144而變化，即使tr相同也是如此。例如，如圖12(a)所示，元件晶體的質(zhì)量越低(嚴(yán)格講，就是正空穴陷井中心的濃度越高)，電荷收集的不完全就越大，因此，校正系數(shù)f(tr)就必須增加。因?yàn)橐话阏f來相對(duì)于△R，f(tr)＝Q(△R)是非線性的，嚴(yán)格地講，不僅是Q(△R)的增益，而且對(duì)△R的依賴性，卻不得不根據(jù)晶體的質(zhì)量而發(fā)生變化。這將導(dǎo)致電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。所以，在圖11(b)中，只有Q(△R)的增益發(fā)生變化，并且對(duì)校正系數(shù)的校正在tr相對(duì)微小的數(shù)值范圍內(nèi)大約是正確的。
對(duì)111-114中每一個(gè)檢測(cè)器，事先所確定的Q(△R)增益的最佳校正量都存儲(chǔ)在校正存儲(chǔ)器26中。
在圖11(a)和11(b)中，一個(gè)檢測(cè)用的圖象元件與111-114中每一個(gè)半導(dǎo)體元件相對(duì)應(yīng)。然而在圖象元件和半導(dǎo)體元件之間不需要一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖13表示一個(gè)2×2的檢測(cè)器矩陣，每一個(gè)檢測(cè)器都有一個(gè)嵌鑲式2×2個(gè)電極。
在上述說明當(dāng)中，為方便起見，圖象元件排列成一個(gè)4×4的陳列，也可采用任何其它的適當(dāng)?shù)膱D象元件排列。
通常，輻射是按與電極表面垂直的方向引入的，它也可從平行的方向引入。
與圖11(a)和11(b)不同的電路排列也可采用。比如，放大器7a1-7a4，7b1-7b4，或者觸發(fā)器電路8a1-8a4、8b1-8b4可相對(duì)于X和Y方向作出不同的排列。值電壓VTH亦可相對(duì)于X和Y方向而不同。
能量信號(hào)Vg可依據(jù)Vay1-Vay4，而不是依據(jù)Vax1-Vax4而構(gòu)成，或者依據(jù)兩信號(hào)之和而構(gòu)成。
由于積分器/放大器132通常有一個(gè)比輔助放大器133的傳播時(shí)間更長(zhǎng)的傳播時(shí)間，在輔助放大器133中可加入一延遲電路以調(diào)整該時(shí)間。
計(jì)數(shù)率也可改進(jìn)，比如，設(shè)置附加取樣保持電路以分別接受和保持峰值檢測(cè)/保持電路140和141的輸出Vgmax和Vd′max，以增加緩沖級(jí)。
通過將信號(hào)Vgmax和Vd′max進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，隨后的校正電路和其它電路亦可以照此安排使其能夠進(jìn)行數(shù)字操作。
圖12(a)中曲線可象圖12(b)中的曲線那樣來表示。如果R≡K·Vd′max/Vgmax＝1-△R (6)校正系數(shù)f(tr)可作為△R的函數(shù)P(△R)來表示。在這種情況下，圖11(b)中減法器114省掉了，這樣，除法器110的輸出與公式(6)中的R而不是公式(3)中的△R相對(duì)應(yīng)，以此來改變非線性放大器111的轉(zhuǎn)換特性。
如上所述，在△R相對(duì)較小的數(shù)值范圍內(nèi)，我們有
Q(△R)≡f(tr)＝α·△R (4)將公式(3)和(4)代入公式(1)得CORR·Vg＝Vgmax+α(Vgmax-K·Vd′max)≡CORR·Vg′ (5)對(duì)這一近似值的電路安排如圖14所示，其中峰值檢測(cè)/保持電路140和141校正存儲(chǔ)器26、自鎖電路27，
/A轉(zhuǎn)換器28和一個(gè)脈沖高度分析儀29的設(shè)置如圖11(b)所示。定時(shí)控制電路22提供一個(gè)定時(shí)信號(hào)d′取代定時(shí)信號(hào)C和d。
信號(hào)Vgmax和Vd′max加至減法器214，該減法器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于(Vgmax-K·Vd′max)的一個(gè)輸出信號(hào)。這一信號(hào)和D/A轉(zhuǎn)換器28的輸出信號(hào)加至乘法器209，該乘法器產(chǎn)生一個(gè)與兩個(gè)輸出信號(hào)的積相應(yīng)的輸出信號(hào)。乘法器209的輸出信號(hào)Vgmax加至加法器213進(jìn)行具有適當(dāng)加權(quán)的加法運(yùn)算。受定時(shí)信號(hào)d′控制的取樣保持電路252接受和保持加法器213的輸出信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)能量信號(hào)CORR·Vg′。
在主放大器中，可使用圖4所示的，包括準(zhǔn)高斯濾波器和一個(gè)選通積分器的結(jié)合體的假梯形濾波器，以取代作為脈沖形式電路(濾波器)的準(zhǔn)高斯濾波器。使用上述假梯形濾波器，可改善計(jì)數(shù)率和校正精度。
包括有一個(gè)積分器的放大器指的是圖11(b)中的積分器/放大器132，和圖4中選通積分器160和積分器/放大器132的組合體。除準(zhǔn)高斯濾波器和假梯形濾波器外，其它的濾波器也可作為主放大器中脈沖形成電路使用。
在圖11(a)和11(b)所示電路安排中，如將一個(gè)單通道分析儀來取代8a1-8a4中每一觸發(fā)器電路中的鑒別器，或按照脈沖高度分析儀29能窗的低限電平來改變閾值電壓VTH，或者，為信號(hào)Vd′或Vg或是模擬多路調(diào)制器100的輸出信號(hào)而設(shè)置一初級(jí)脈沖高度分析器(其能窗寬于脈沖高度分析器29，整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)數(shù)率特性可以得到改善。
如上所述，圖11(a)和11(b)所示的安排，對(duì)校正系數(shù)進(jìn)行校正只是一個(gè)近似。如果由于明顯的非線性而需要一個(gè)高精度校正，可由存儲(chǔ)電路作出校正，存儲(chǔ)電路這樣安排，存儲(chǔ)器由能量信號(hào)尋址，以產(chǎn)生一個(gè)具有被處理成非線性的值的輸出，同時(shí)直接地或間接地由數(shù)字位置信號(hào)尋址以確定存儲(chǔ)電路中哪些存儲(chǔ)器將予采用。
在上述說明中，每次輻射獲得的能量信號(hào)由有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息來校正，校正程度根據(jù)與每次輻射所檢測(cè)到的位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而發(fā)生變化。如不采用校正能量信號(hào)，也可改變限定脈沖高度分析儀能窗(范圍)的電平信號(hào)，或者按照與每次輻射有關(guān)的電荷收集信息，以不同的增益放大這個(gè)信號(hào)，或者使用一相應(yīng)的數(shù)字位置信號(hào)對(duì)一存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址，并且按照每次輻射時(shí)從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)來調(diào)整上述電平信號(hào)的校正程度。
上述二維輻射檢測(cè)器也可采用環(huán)狀或六角形結(jié)構(gòu)作為多片型發(fā)射CT中的檢測(cè)器。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器包括(a)由化合物半導(dǎo)體制成的輻射檢測(cè)元件，它可在室溫下工作，響應(yīng)每次輻射產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流信號(hào)；(b)將上述電流信號(hào)放大以產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓信號(hào)的前置放大器；(c)將上述來自所說前置放大裝置的信號(hào)形成和放大的裝置，它包括一個(gè)準(zhǔn)高斯濾波器，該濾波器包括有一個(gè)第一微分器和一個(gè)積分器的組合體；(d)在每次輻射時(shí)獲得有關(guān)電荷收集時(shí)間信息的裝置，該裝置將上述第一微分器的輸出引起的信號(hào)的脈沖高度與上述形成和放大裝置的輸出脈沖高度進(jìn)行比較來獲得上述信息；(e)校正裝置，該裝置按照每次輻射有關(guān)電荷收集的信息對(duì)上述形成和放大裝置輸出信號(hào)的脈沖高度進(jìn)行校正，以改善由于電荷收集不完全引起的能量分辨率衰變。
2.權(quán)利要求
1的輻射檢測(cè)器，其中所述形成和放大裝置包括有一個(gè)假梯形濾波器，該濾波器有一選通積分器，以將上述準(zhǔn)高斯濾波器的輸出引起的信號(hào)在一予定時(shí)間中進(jìn)行積分。
3.權(quán)利要求
1的輻射檢測(cè)器，其中所述有關(guān)電荷收集時(shí)間信息的獲得裝置包括有一個(gè)第二微分器和一個(gè)比較裝置，該微分器的時(shí)間常數(shù)較第一微分器的時(shí)間常數(shù)短，并安排成接受上述第一微分器的輸出以產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該比較裝置將來自上述第二微分器的脈沖信號(hào)高度與上述脈沖形成和放大裝置輸出的脈沖高度進(jìn)行比較。
4.半導(dǎo)體位置敏感輻射檢測(cè)器，包括(a)輻射檢測(cè)裝置，該裝置包括若干個(gè)輻射檢測(cè)元件，每一元件由化合物半導(dǎo)體制成并具有一個(gè)正電極和一個(gè)負(fù)電極、并可在室溫下工作，所說的輻射檢測(cè)元件以行和列進(jìn)行安排以構(gòu)成一個(gè)矩陣;(b)數(shù)字位置信號(hào)產(chǎn)生裝置，該裝置包括b-1)第一組前置放大器，每一前置放大器通過一個(gè)公用線與上述矩陣的每一行中的上述輻射檢測(cè)元件的正電極和負(fù)電極其中之一相連接，以產(chǎn)生上述矩陣每一行中上述每一檢測(cè)元件測(cè)得的輻射所引起的第一檢測(cè)信號(hào)，b-2)第一組微分器/放大器，其中每一個(gè)都與上述第一組前置放大器中的一個(gè)相連接，b-3)第一組鑒別器，其中每一個(gè)都與上述第一組微分器/放大器中的一個(gè)相連接以產(chǎn)生第一數(shù)字脈沖信號(hào)，b-4)第一編碼器，該編碼器將上述第一數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生第一數(shù)字位置信號(hào)，b-5)第二組前置放大器，每一前置放大器通過一條公用線與上述矩陣每一列中的上述輻射檢測(cè)元件的正電極和負(fù)電極中的另一個(gè)極相連接，以產(chǎn)生上述矩陣每一列中的上述每一檢測(cè)元件所測(cè)的輻射引起的第二檢測(cè)信號(hào)，b-6)第二組微分器/放大器，其中每一個(gè)都與上述第二組前置放大器中的一個(gè)相連接，b-7)第二組鑒別器，其中每一個(gè)都與上述第二組微分器/放大器中的一個(gè)相連接，以產(chǎn)生第二數(shù)字脈沖信號(hào)，以及b-8)第二編碼器，該編碼器將上述第二數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生第二數(shù)字位置信號(hào);(c)符合檢測(cè)裝置，該裝置檢查上述第一和第二檢測(cè)信號(hào)是否在一予定時(shí)期內(nèi)相互符合一致，并僅當(dāng)檢測(cè)到符合情況時(shí)產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào);(d)能量信號(hào)供給裝置，該裝置包括一個(gè)模擬多路調(diào)制器和一個(gè)積分器/放大器，該調(diào)制器通過一個(gè)延遲電路與上述第一和第二組中至少一組中的每一個(gè)微分器/放大器相連接以產(chǎn)生一個(gè)輸出，該積分器/放大器接受上述調(diào)制器的輸出，上述微分器/放大器和積分器/放大器組合構(gòu)成一個(gè)主放大器以產(chǎn)生一個(gè)能量信號(hào);(e)確定上述能量信號(hào)是否至少處在一個(gè)能窗之內(nèi)的脈沖高度分析儀;(f)包括有一個(gè)輔助放大器和一個(gè)比較電路的裝置，該輔助放大器具有一個(gè)以高于上述積分器/放大器的增益來放大高頻分量的特性，并且與上述積分器并列與上述多路調(diào)制器的輸出相連接，該比較電路將上述輔助放大器的輸出高度和上述積分器/放大器的輸出的輸出高度進(jìn)行比較，進(jìn)而獲得由上述檢測(cè)元件在每次輻射時(shí)測(cè)得的有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息;(g)校正裝置，該裝置根據(jù)上述每次輻射時(shí)有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息把相對(duì)于上述脈沖高度分析儀的上述能窗的能量信號(hào)進(jìn)行校正，以此，改善可能由電荷收集不完全引起的能量分辨率衰變;以及(h)調(diào)整裝置，該裝置按照從一個(gè)存儲(chǔ)器中讀出的內(nèi)容對(duì)在每次輻射時(shí)由上述校正裝置校正的程度進(jìn)行調(diào)整，該存儲(chǔ)器由每次輻射時(shí)獲得的上述數(shù)字位置信號(hào)來進(jìn)行尋址。
5.權(quán)利要求
4的位置敏感輻射檢測(cè)器，其中所說的校正裝置包括改變上述能量信號(hào)或者按照上述有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息以不同增益放大上述能量信號(hào)的裝置，以及調(diào)整上述能量信號(hào)校正程度的裝置。
6.權(quán)利要求
4的位置敏感輻射檢測(cè)器，其中所述校正裝置包括將限定上述脈沖高度分析儀能窗的電平信號(hào)進(jìn)行改變或者按照有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息以不同增益來放大上述電平信號(hào)的裝置，以及調(diào)整上述電平信號(hào)校正程度的裝置。
專利摘要
半導(dǎo)體輻射檢測(cè)器，其輻射檢測(cè)元件由可在室溫下工作的化合物半導(dǎo)體制成。該元件的輸出加到包括一準(zhǔn)高斯濾波器的脈沖形成放大器。該濾波器包括微分器和積分的組合；通過對(duì)微分器引起的信號(hào)脈沖高度和形成放大器輸出的脈沖高度進(jìn)行比較，獲得每次輻射時(shí)有關(guān)電荷收集時(shí)間的信息，根據(jù)上述信息對(duì)形成放大器的輸出進(jìn)行校正，進(jìn)而改善電荷收集不完全導(dǎo)致的能量分辨率衰變。還提供一種采用上述元件的半導(dǎo)體位置敏感輻射檢測(cè)器。
文檔編號(hào)G01T1/00GK85106296SQ85106296
公開日1986年12月24日 申請(qǐng)日期1985年6月26日
發(fā)明者熊澤良彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan