范文一:国标-金硅面垒型探测器
ICS 27(120 F 88
a雪
中华人民共和国国家标准
13178—2008 GB,T
13178--1991 代替GB,T
金硅面垒型探测器
surface barrier detectors silicon Partially depleted gold
2008—07-02发布 2009—04—01实施
丰瞀鹃紫瓣警矬瞥星发中布
“19
国国家标准化管理委员会
13178—2008 GB,T
刖 罱
本标准参考了IEC 60333:1993《核仪器半导体带电粒子探测器测试程
13178 本标准代替GB,T 1991《金硅面垒型探测器》(以下简序》。
)。 本标准保留GB,T 13178--1991的大部分内容,对其的主要修称原标准 改如下:
——增加前言;
一引用新的规范性文件;
——产品的外形及结构尺寸仅保留A型,删去原标准的B型和c型; ——部分耗尽金硅面垒型探测器的分类仅保留最小耗尽层深度为300,Lm一类,而主要性能增加
“允许最大噪声”。 本标准由中国核工业集团公司提出。 本标准
本标准起草单位:中由全国核仪器仪表标准化技术委员会归口。
(北京)核仪器厂。 本标准主要起草人:李志勇。 本标准所代替标核
13178 GB,T 准的历次版本发布情况为: 1991。
13178--2008 GB,T
金硅面垒型探测器
1范围 本标准规定了部分耗尽金硅面垒型探测器(简称探测器)的产品分类、技术要求、测试方法、检验规 则等。
本标准适用于部分耗尽金硅面垒型探测器(不包括位置灵敏探测器)。锂漂移金硅面垒型探测器也 可参照执行。
2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文
件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
IEC :1993)603335201--1994,neq GB,T 5201带电粒子半导体探测器测试方法(GB,T
GB,T 10257--2001核仪器和核辐射探测器质量检验规则
3术语和定义以及符号
3(1术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
3(1(1
detector barrier semiconductor 面垒型半导体探测器surface
由表面上的反型层产生的结形成势垒的半导体探测器。
3(1(2
耗尽层(灵敏层)depletion layer
半导体探测器中对辐射灵敏的那一层半导体材料,粒子在其中损耗的能量可转换成电信号。 3(1(3
部分耗尽partial depletion
耗尽层深度小于半导体材料基片的厚度。
3(1(4
area 灵敏面积sensitive
探测器中辐射最易进入耗尽层的那部分表面。 3(1(5
width at half maXimum 半高宽(FWHM)full
在谱线中,由单峰构成的分布曲线上,峰值一半处两点问横坐标之差。 3(1(6
resolutionenergy 能量分辨力
探测器分辨入射粒子能量的能力。通常以规定能量射线谱线的半高宽表示。 3(2符号和代号
下列符号和代号适用于本标准。
13178—2008GB,T
3(2(1
a分辨力
对“1Am源5(486 的a粒子,使用标准电子学设备,成形时间常数常为0(5 ps时,所测出的整 MeV
个系统的分辨力(keV)。
3(2(2 p分辨力 在3(2(1同样条件下,由脉冲产生器信号峰的半高宽(FWHM)模拟8粒子的分
(keV)。 辨力
3(2(3 E1、E2
分别代表能量为5(486 MeV及5(443 MeV。
3(2(4 N,、?2
分别代表能量E1、易所对应的道址。
3(2(5
AM
以道址表示的“1Am源5(486 MeV的a粒子峰的半高宽。
3(2(6 A?I
以道址表示的产生器信号峰的半高宽。
4产品的结构
4(1产品的外形及结构尺寸 产品的外形
1,结构尺寸见表1。 见图
『
l一
◎
?——半导体探测器的有效直径
mm C——探测器的外径mm; D—
引线电极高度mm; H——探测—
mm。 器外壳高度
图1 部分耗尽金硅面垒型探测器
13178,2008 GB,T
表1 部分耗尽金硅面垒型探测器结构尺寸 单位为毫米
标称值 灵敏直径 W CHD 12 5 5 158 8 612 19 12 20 20 29 16(526 26 37 30 30 42 7(5 40 52 40 ——50 50 66 10 60 60 76
注:w公差为士O(5 mm,C、H、D公差为士0(3 mm。 4(2探测器的标记 探测器的标记由型号及技术特性代号两部分组成,
其表示方法如下
G
尽金硅面垒型探测器 注:技术特性代号中的位数可根据实际情况扩展。
4(3探测器的规格及系列 部分耗尽金硅面垒型探测器系列由圆型和环型部分耗尽金硅面垒型探测器
系列组成。探测器按不
同的灵敏面积,耗尽层深度及对a粒子的分辨而分类,探测器的分类分别列于表2。
表2圆形部分耗尽金硅面垒型探测器的分类和主要性能 保证的最大分辨力 最小耗尽层深度,#rakeV 灵敏直径,ram 300 N口
15 7 9 一005—300 5GM15
8 17 9 10 GM 15—008—300 18 i0 1l GM 15—012—300 12
GM一15—020—300 15 15 20 22
GM一15 026—300 18 19 26 25
GM一15—030—300 21 30 26 20
GM一15—040—300 34 30 4042
GM一15—050 300 50 55 40 50
GM—15 060—300 60 70 55 65
注:N为允许最大噪声。 3
13178—2008 GB,T
5技术要求
5(1外形、尺寸与外观要求 外形、尺寸与
a)探测器的外形、尺外观要求如下:
4(1。 寸应符合
b)探测器的灵敏面应光滑平整,所涂胶环应均匀美观,不应有拉丝,胶环宽度应不影响有效面
积。金层要完整、无划痕,灵敏面上应有保护盖。
c)探测器软引线应完整,焊点要牢固,无虚焊、脱焊。硬引出电极应清洁光亮并配有固定螺丝。 52 主要(主要技术性能
技术性能如下:
a) 圆形部分耗尽金硅面垒型探测器在参考条件下的主要技术性能见表2。
b)探测器的电流一电压特性、电容一电压特性、噪声、死层能量损耗、灵敏层厚度等性能由各制造厂
家给出。
5(3探测器对环境条件的适应性
5(3(1 探测器工作的温度范围 探测器工作的温度范围为一20?,+30?,在此温度范围内分辨
a值不超过参考条件下力的20,。
5(3(2探测器的真空性能
探测器可在1(4X 10“Pa条件下工作,分辨力a值不超过参考条件下的20,。 5(3(3探测器在非工作状态下的稳定性 探测器在非工作状态下,一般经下列环境条件之后,仍能稳定工
a)温度:在30?和+50?下,分别放置4 h; b)湿度:在湿度为(851;),,温度为30?作:
24 h。包膜、灌封的探测器的湿度可提高到 下放置
(95?;),;
c)10 Hz,试验时间20 min; d)冲击:加速度10 g,频率50 Hz,试验时振动:加速度g,频率50
km,h,40 km,h的车速行间2 min; e)运输:探测器经包装运输在三级公路的路面上,以25
驶,行驶距离150 km,350 km,或利用运输颠振试验台模拟上述条件在实验室内进行。 6测试方法 6(1测试环境 若无特殊规定,探测器各项技术性能的测试均在参考条件和标准试验条件(见表3)下
进行。在试
验不产生疑义时,测量可在大气环境条件下进行。 3表测试探测器性能的参考
条件和标准试验条件
参考条件 标准试验条件 正常大气条件 影响量
20 18,2215,35 环境温度,? 相
65 50,7545,75 对湿度,, 真
1(33 6(65,o(665 空度?,Pa
环境7辐射,(btGy,h)0(1
可忽略 小于引起干扰的最低值 外磁场干扰
可忽略 小于地磁场引起干扰的2倍 外界磁感应
可忽略放射性污染 可忽略
8表中真空度的基准值适用于能量分辨力的测量。 4
13178--2008GB,T
6(2能量分辨力的测量
6(2(1仪器设备 能量分辨力测量的仪器设备见图2,其说明如下: a)测量部分耗尽金硅面垒型探测器
“1 Am源的5(486 MeV的a射线。此 的能量分辨力规定用
源要求用电镀法制备,均匀、单色性好。自吸收对测量结果的影响可忽略。源活性面直径在
10 mm,20 mm之间,活度为1×103 Bq,2×103 Bq;
b)放射源与被测探测器置于真空室内,其真空度好于6(65 Pa。源与探测器之问的距离应不小
于被测探测器灵敏面直径的1(5倍;
kV,1 kV范围内连续可调,稳定性要好于0(1,,纹 c)供探测器用的偏压电源,输出电压应在0
波?15 mV(有效值);
keV(FWHMSi),,噪声斜率不大 d)所用低噪声电荷灵敏前置放大器,零外接电容噪声不大于3
于10 eV,pF; p-s; e)所用成形放大器应具有准高斯成形器,时间常数为0(5 D精密脉冲产生
0(1 ps的指数衰减信号。衰减时间常数应保证在等 器,输出应是上升时间小于
于成形放大器微分时间的时间内,脉冲幅度下降小于2,;
g)检验电容C。应小于前置放大器等效输入电容的1,; h)
096道。多道脉冲幅度分析器的道数不少于4
R,——负载电阻;
co——隔直流电容
C——检验电容;
z——匹配阻抗。
图2测量能量分辨力的仪器设备方框图
5
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6(2(2测?步骤 测
量步骤如下:
Am放射源置于离探测器距离为探测器灵敏面直 a)241 将被测探测器装在真空室内的测量架上
以上; Pa665 径的一倍半处,启动机械泵,使真空室的真空度达到(b)按图2接好系统,开启
c)调节探测器偏压,使之达到需用值; d)调节成形放大器仪器。精密脉冲产生器为关闭状态;
e)调节成形放大器的增益,使能量为5(486 的极零补偿,使输出信号波形达到最佳状态;
f)5486MeVaMeV的谱峰半高宽(FWHM)大于6道; 累积谱,当(的射线的峰值计数大
4 000时,停止累积,并记录整个谱的数据; g)记录测量时的室内温度。 于 6(2(3口值的计算
对a的能量分辨力t;t按式(1)计算:
a一筹聂“一诚
赢=藏创也
6(2(4卢值的测量与计算 开启精密脉冲产生器,调节其脉冲幅度使其在多道脉冲幅度分析器上的峰
2“Am放射源 位道址比
的信号道址略高,其谱线相重叠。对p的能量分辨力a按式(2)计算:
,一专高?M
6(2(5 N噪声值的测量
Bi源的481 kev和976 用2”Bi电子源,调节成形放大器的增益,用”7 keY两个风标顶多道分析器, 即
keV 所处的道2”Bi放射源,直接用脉冲产生器,将脉冲幅度调节至481 址,刻度好每道能量。然后取下
keV为单位的噪声值。测量、标定出以
6(3其他技术性能的测量
5(2 b)中的各项性能的测定可按GB,T 5201是中有关规定进行。
6(4高温试验
将探测器置于烘箱中,升温到50??2?,升温速率10?,h,恒温4 h,然后自然降至室温后取出, 在室内放置4 h后,检查其外观并测量能量分辨力。
65(低温试验
将探测器置于低温箱内,探测器周围要保持干燥,防止结霜。温度降至一30?土3?,降温速率
h后,检查其外观并测量能量分辨力。10?,h,恒温4 h,然后自然升温到室温后取出。在室内放置4
6(6高真空试验
将探测器按6(2测量其低真空(6(65 Pa)下的能量分辨力,然后将真空室的真空度提高到6(65×10_3 Pa以上,保持1 h后再测其能量分辨力。
6(7潮湿试验 将探测器放在湿度(851;),[包膜、灌封探测器的湿度为(951;),]、温度为30?的湿度箱
h24 内,
后把探测器取出,在室内放置4 h后检查其外观并测量分辨力。
6(8振动、冲击试验 将探测器用夹具固定在试验台上,按5(3(3c)和5(3(3d)的要求进行振动、冲击
试验。试验完毕后
检查其外观并测其能量分辨力。
6(9包装运输试验 将包装好的探测器置于运输汽车的中、后部,在三级公路的路面上按
5(3(3e)要求进行。
GB,T 13178—2008
7检验规则
除本标准规定的具体要求外,金硅面垒探测器的检验均按GB,T 10257的有关规定执行。 7(1检验的分类殛检验项目的分组 检验
4。 的分类及检验项目的分组见表
7(2鉴定检验
鉴定检验的范围、实施与总的要求见GB,T 10257--2001中6(3(1的规
鉴定检验的项目、顺序及其他要求见表4。 定。
7(3交收检验
交收检验的范围、实施与总的要求见GB,T 10257--2001中6(3(2的规
交收检验的项目、顺序及其他要求见表4。 定。
7(4质量一致性检验
10257--2001633质量一致性检验的实施与要求见OB,T 中((的规
质量一致性检验的项目、顺序及其他要求见表4。 定。
4 表探测器检验项目的分组和要求 交收 检查 试验 鉴定 质量一致性 抽样方案类 检查AO(L 组别 检验试验项目 顺序 检验 检验 检验 型及严格性 水平 周期 l 外型、尺寸、外观 (全检剔除不合格品) 2 电流一电压特性 一般A 3 2(5 能量分辨力 二次正常 水平
? 噪声 4 5 电容一电压特性 一般
6 6(5B死层能量损耗 水平 二次正常
II7 灵敏层厚度 8 高温试验 S 2 4(o Cl 二次正常 9 低温试验 lO 高真空试验 一般为 C2 11 一—拒 潮湿试验 S—Z 二次正常 lO 12 振动、冲击试验 D13 包装运输试验 E 14 辐射损伤试验 注:?为必
做项目,o为选做项目。
8标志、包装、运输、贮存 8(1标志
8(1(1探测器上的标志 在探测器的侧面
GMl及编号。 应打印
812 探测器应有性能卡,在性能((性能卡
a)探测器的名称、标记、编卡上标有:
号;
13178—2008 b)性GB,T
能测试的日期;c)探测器的主要参数和性能:如探测器的灵敏面积、耗层深度、电流一电压特性、能量分辨力及性
能测试时的条件(放射源的种类、名称和能量、时间常数、真空度、温度、工作偏压等)。
8(1(3合格证
探测器应有合格证,在其合格证上有:探测器的标记、编号、制造厂家、检验日期及检验部门印章。8(2包装
8(2(1探测器包装的基本要求
a) 每个探测器均应有保护罩,防止碰伤金面;
b)探测器的包装要防潮、防震。
8(2(2探测器包装时随带的文件及附件
性能卡、合格证; b)如需要还可a)
附有说明书。
8(3运输
放”等a)探测器外运出厂时(自提者可酌情处理)应有防潮、防震外包装,包装箱外表面应有“防潮”、“轻
标志;
b)运输中应避免“曝晒”、“雨淋”,搬运时要轻放、严防摔碰。
8(4贮存 贮存探测器应存放于相对湿度不大于75,的常温库房内,高温不宜超过35?,低温不
能低于一30?。周围空气中应无酸、无碱、无有机溶剂的气体。最好置于充满空气的密闭容器中,贮存时间不 宜超过一年。
范文二:金硅面垒型半导体探测器在_能谱测量中的应用研究
Nuclea rElectronics ,D eteciton Technology 2012 7 July, 2012 年 月
金硅面垒型半导体探测器在 α 能谱
测量中的应用研究
1,2 2 1 ,,,丁卫撑王义王敏黄洪
1 全 ( 1, ,610059;成都理工大学地学核技术四川省重点实验室成都
2, ,100084)清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京
摘要: 针对 α 能谱测量需要探测器能量分辨率高、性能稳定及探测效率高等要求,选用金硅面垒型 。,半导体探测器进行 α 能谱测量论述了金硅面探测器的主要性能指标及影响因素同时针对探测器输
,,出信号的特点以及 α 能谱测量要求从理论上分析了前置放大器的类型及设计时需要注意的事项并设
。。,计了一种实用低噪声电荷灵敏前置放大器实测 α 能谱数据表明性能满足 α 能谱测量要求
: ; ; ; 关键词探测器α 能谱放大器噪声
: : : 0258-0934( 2012) 07-0844-04中图分类号TL 8 文献标志码A 文章编号
氡及其子体是天然 α 放射性核素中的主、由于半导体探测器具有能量分辨率高性能稳
、、、、定探测效率较高体积小抗磁性好光电转换 ,要 α 辐射体α 能谱测量是实现氡活度浓度测
、 高反向漏电流小以及价格便宜等优 效率,。在环境中氡气污染是主 量的主要技术手段,2,,。点 被广泛应用,。同时可利用氡气的一些 要的放射性污染源( 金硅面垒型半导体探测器简称金硅面探 、石油天然气勘 ,性质广泛应用于铀矿资源勘查) N 一般采用 型单晶硅片并将金沉积在该 测器、、、裂隙基岩地下水资源勘查地质构造勘查 查。它可以看成是一个加反向偏压 硅晶片上制成,1,, 。地面沉陷勘查等领域本文结合实际工作P ,N ,,P ,N 的 二极管更具体地说它是由 结
探讨金硅面垒半导体探测器在 α 能谱测量中 ( 、) 整流接触电极欧姆接触电极和 的两个电极 的应用。P ,N 。结的耗尽区构成的可根据实际的需要
,,制作成各种尺寸大小探测面积越大测量灵敏 1 α 射线探测器 。 ,度越高但价格也越贵
1. 1 α 射线探测器简介
可以用来测量 α 射线的探测器包括电离 1. 2 金硅面探测器工作原理、ZnS ( ) 、、硫化锌闪烁体热释光α 径 室探测器用于射线测量的探测器有一个共同的工作 、( 半导体探测器金硅面垒型半导体 迹探测器,, 原理就是射线被探测器阻止而损耗能量并由、、Si ,P IN 锂离子注入型半导体探测器探测器。这部分能量来产生信号金硅面探测器是一种 ,) 。半导体光电二极管等而在 α 能谱测量中 ,P ,N 反向偏置的 结二极管它实质上是一个
,, 固体电离室工作原理与气体电离室的相似不
、锗取代了通常气体探测 同的是用半导体如硅: 2011 , 05 , 09 收稿日期,1 。器中的气体其工作原理如图 所示当 α 粒 : ( 1978 ,) ,,,作者简介丁卫撑男浙江台州人成都理 , ,P ,N 子轰击表面金层时穿过金层进入 结区,,工大学讲师清华大学核科学与技术在站博士后主 ,PN α 粒子具有很强的电离能力所以会在 、。由于要从事智能核仪器核技术及应用研究
844
,,。 , 。, 坏而且降低信噪比影响到测量的灵敏度 空穴对这些电子 空穴结区产生大量电子
PN ,: 、对在 结偏置电压的作用下迅速积累并经 金硅面探测器的主要噪声包括热噪声电
、、后续低噪声电荷放大器放大后输出一个电脉冲 流噪声产生复合噪声与频率相关的闪变噪 ,,信号后续电路记录这个电脉冲信号从而获取 、( ) 、、声颤噪声 工艺噪声局部击穿噪声光噪
。。,α 粒子信息不同子体衰变产生的 α 粒子能量 声其噪声源是多种多样的但对于设计合理
,, 是不同的因此电离出来的电子 空穴对数量 ,并精心制作的探测器来说漏电流噪声是主要 ,。也不同反映在后续电路脉冲幅度也不同根 ,的它直接影响到对 α 射线进行能谱测量时的
,据这一特性采用 α 能谱测量能够有效地获取 。能量分辨率的好坏和测量灵敏度的高低
,不同 α 辐射体的核素信息从而达到测量目 影响金硅面探测器能量分辨率的两个主要 。1 ,Rd 的在图 中电阻 主要消除高压电源带 P ,N ,因素是噪声和 结电容而偏置电压和温
,C 来的高频干扰电容 主要从探测器输出端获 。,度与这两方面均有直接的关系研究表明当
,3 , 4,。取冲击电流信号 ,,P ,N 偏置电压增大时漏电流噪声增加,4,。,结电容噪声电荷减少而当温度升高时漏 ,5,,P ,N 。 电流噪声增加结电容噪声电荷增高
探测器结电容是在给定偏压和频率下探测
。P ,N 器两电极间的总电容结探测器的电容
,, 主要是指反向偏压下的结电容即耗尽层电容
( 1) 。可由式表示
ε C = S。 ( 1)4Wπ
式( 1 )中 : W 是耗尽层厚度 / μm,S 是探测 1 图 金硅面探测器的工作原理图2 1. 3 金硅面探测器主要性能探讨 / cm,( 器的灵敏面积 ε 为材料的介电常数对硅 金硅面探测器的主要性能包括能量分辨 11, 8,16, 3 )。 为 对锗为 结电容是探测器的重 、、。率时间分辨本领辐射寿命以及线性等统计 要参数之一,主要与探测器的噪声和输出脉冲2 涨落和噪声是影响能量分辨率的主要 个因 。的幅度以及上升时间有关 ,素而噪声主要包括探测器本身的噪声和电子 1. 5 金硅面探测器的输出信号 。电路的噪声 P ,N ,在 结探测器中输出信号可以看成 时间分辨本领是与探测器在强度测量方面 ,是一个电荷或电流信号源其输出电荷等于入 ,的应用相联系的时间分辨本领最终受探测器 , 射粒子在结区内产生的电子 空穴对数与电子 。P ,N , 输出电流脉冲宽度的限制结探测器中,电荷的乘积而电流信号脉冲的存在时间就是 ,2,1 : 10 ns。载流子收集时间约 在氡气测量领 。结区内载流子的收集时间金硅面探测器输出 ,,域α 粒子的计数率非常低因此可以不考虑时 讯号的幅度是由入射粒子通过灵敏层时释放出 。间分辨本领的影响任何一种射线辐照都会在 。E 来的电荷量决定的设 为粒子在探测器中 ,半导体探测器内产生杂质与缺陷使载流子寿 / MeV,w 损耗的能量 为在半导体中产生一对电 ,。命下降辐射寿命反应了这一性能线性是进 , ,子 空穴对所需要的平均能量则产生的总电 ,行 α 能谱测量的主要指标在温度恒定情况 / C :荷 为 ,下只要入射粒子的全部能量均损耗在结区之
,内金硅面探测器对 α 入射粒子均能保持良好
。的线性由于半导体的禁带宽度是随温度有所 E 6 ,19 ( 2)Q ×1 0×1 , 6 ×10 。= 。变化导致能量线性有微小变化 w
, 当粒子产生的感应电荷完全被收集探测
C ,器结电容为 时探测器输出电压信号幅度值
:为 1. 4 金硅面探测器的主要噪声及影响因素
噪声为金硅面探测器在没有射线作用的情 = Q / C。 V( 3)Δ
,。 ,, 况下探测器输出端出现的干扰信号噪声不在电荷灵敏放大器中在全耗尽条件下我,6,,,但影响测量的准确度使谱线展宽能量分辨变 :们得到在前置放大器输入端的脉冲为
845
Q 线恢复电阻,电路中选择阻值为 10 MΩ 的热噪 , t / τ0 ( 4)V= ( 1 , e )e 。C5 C + C 声系数比较小的金属碳膜电阻是隔直电 d e
,( 4) : C; C 容实现从探测器输出端近似获得冲击电流信 式中、为探测器结电容为放大d e ,。R7,R8 电阻为钳位电阻控制放大器的直 ,C ,; C,d号器的输入电容对电荷灵敏型来说 e 。C7、C8 为 ,流静态工作点使其工作在线性区, 这种形式虽然损失了最大输出幅度但是在这,交流旁路电容主要防止电源的干扰噪声引起 ,种条件下放大器输出的电压信号不依赖于探 。R5,R6 为差分跟随器负载电 ,C测器的结电容 和外加偏压而只由粒子产生 栅极电压不稳e 。 阻。 的感应电荷及放大器的反馈电容来决定5 V ,LC 电路由 单电源供电电源通过 π 型
,电阻网络先进行滤波这能更有效地降低电源 2 前置放大电路,。同时电源采用低电压单电源供 噪声的引入
,,电这有利于简化电源系统的同时更大地降低 2. 1 前置放大器作用及注意事项
,。金硅面探测器把 α 粒子的能量转化为相 由于探测器输出电极收集的是电子所 功耗, 。因此在前置放大器中以输出为负脉冲信号,。 应的电信号其本身没有放大作用从金硅面。前置放大电路后接主放大电 采用了反向放大,探测器输出的电信号极其微弱必须先进行无
,路完成信号滤波成形以及进一步放大后进入 ,、。 初步线性放大后才能传输到后续电路失真。多道脉冲幅度分析器进行 α 能谱测量 ,因此前置放大电路的噪声对能量分辨率影响
,。降低前置放大电路的电子噪声是影响 很大
。α 能谱能量分辨率的关键
电荷灵敏前置放大器输出信号幅度基本上
、放大器开环时输入电容 不受探测器极间电容
。目前高分辨率 和电压增益等参数稳定性影响
α 能谱测量系统中使用的几乎都是电荷灵敏前
。 置放大器
鉴于探测器输出信号的微弱性以及前置放
,大电路的特殊性我们要求和半导体探测器相
: 第 连接的前置放大器应该具有以下一些特点,一前置放大器与探测器应尽可能地封装在一 ,起探测器信号输出与前置放大器信号输入线 ; 第,尽可能短以便尽可能地抑制前放的电子噪声2 图 低噪声电荷灵敏放大器,,二为了降低前置放大器的噪声前置放大器 的, 由于探测器输入信号很小且上升沿很陡
,,工作电压应稳定偏置电压大小应适当纹波 成。2 通过图 所示的前 不易用示波器观测到信号,,; 第三前置放大器工作时应尽可能用 金份小,置电路放大后在前置放大电路的输出端用示 ; ,属盒将其屏蔽金硅面探测器应尽可能地避 光,3 。波器可观测到信号如图 所示在进行信号 ,,第四在制作电路板时为避免导线分布电 容的,幅度测量时信号边沿较陡很容易引起弹道亏 ,; 第五在 电子,影响电路板上应大面积的铺地,。因此在后续 ,损不易进行多道脉冲幅度分析。 ,器件的选择上尽可能选择低噪声的器件。 ,电路中还需对信号进行线性调理2. 2 实用电荷灵敏前置放大电路
, 2 图 为一个实用电荷灵敏前置放大电路
,Q1,Q2 2 中为 低 噪声结型场效应管 在图
,2SK30A 构成差分跟随电路主要起到信号阻
,, 抗匹配作用防止电源不稳及传输噪声的引入
MAX4489 它与低噪声运算放大器 构成差分放 。C6 低噪声高稳定度云母电容 作为反 大电路
。R9 ,1P 馈电容电路中选择 的容值为直流基
3 图 实测前放输出信号
846
、、、 4 图 为通过多道脉冲幅度分析器在标准氡能量分辨率高性能稳定探测效率较高体积
,、、、室内实测的一条 α 能谱谱线图中横坐标表示 小抗磁性好光电转换效率高反向漏电流小
,,,道地址反应 α 粒子能量关系纵坐标表示计 。通过研究针对金硅面 以及价格便宜等优点。 ,数反应被探测到 α 衰变核素量的多少图 ,探测器输出信号的特点设计了低噪声电荷灵 218 214 Po 137,Po 177,,中道地址为 的道地址为 敏前置放大器使 α 能谱测量能量分辨率优于 通
( 5 ) 过线性刻度可得到能量刻度方程如式 所 2% 。由于 α 能谱测量技术广泛应用于环境评 : 示,、资源勘查及地质构造勘查等领域因此论文 价
。 具有一定的参考价值y = 42, 12* x + 230, 8。 ( 5)
( 5 ) : y ,keV; x 表示能量单位为 式中为道: 参考文献218 。Po 4 所示的地址由图特征峰信息结合式
,( 5) ( 的能量刻度方程可以算出能量分辨率能 ,1,,,, ,M,,1 , 吴慧山林玉飞等氡测量方法及应用版: ,1995,北京原子能出版社 ,量半峰宽与峰顶道址对应的能量比值当能量 ,2,, ,M,, : 安继刚电离辐射探测器北京原子能出版 ,刻度线过原点时则也可表示为道地址半峰宽 ,1995,社 ) 2% 。优于 有关多道脉 与峰顶道地址的比值,3,,,,, 6LiF 蒋勇李俊杰郑春等夹心谱仪探头用金硅 ,冲幅度分析器及 α 能谱测量基本原理请参阅 ,J,, ,2008,29 面垒探测器性能测定核动 力 工 程7,。 ,参考文献( 5) : 94 , 97,
,4,,,,, Si ,P IN 曹学蕾王焕玉张承模等偏置电压 探
,J,, ,2006,测器的性能影响核电子学与探测技术
26( 6) : 796 , 800,
,5,,,, 张志龙傅翠明郝庆国金硅面垒半导体探测器温
,J,, ,度特性测 量 与 补 偿核电子学与探测技 术
2006,26( 3) : 261 , 264,
,6,, ,M,, : 王芝英核电子技术原理北京原子能出版
,1989,社 图 4 标准氡室中实测 α 能谱谱线 ,7,, 丁卫撑基于扩散累积原理壤中氡 α 能谱测量系统
,D,, : ,2009,研究成都成都理工大学博士论文 3 结论
,采用金硅面探测器进行 α 能谱测量具有
The Applied Research of Gold Silicon Surface Barrier Semiconductor
,r ay Spectrumin Detector α Measurement
1,2 2 1 1 DING Wei ,chen g,WANG Yi,WANG Min,HUANG Hong ,q uan ( 1, Chengdu University Of Technology,Key Laboratoryof Applied Nuclear Technology in Geosciences,Sichuan,
ChengDu,610069,China; 2, Departmenotf Engineering Physics,Tsinghua University,Key Laboratoryof
Paritcle , Radiation Imaging,Ministry of Education( Tsinghua University) ,Beijing,100084,China) Abstract: Aims at need of the detectoinr α ,ra y spectrometry measuremehintch hwas high ,e nergy relsuotion, stable performance and high deteciton efficiency,silicon surface barrier semiconducto r detectorsfo r ,ra y α spectrometryis chosen, The paper discusses the main performancinde icator sand the influencing factorso f sili- con surfaceb arrier semiconducto rdetecto, r At the same time for the detector outputign asl characteisrtics and the ,ra y spectrometry requ,eTshet paper theoreitcally analyze the vaierties of pre ,am plifiers and whatu ser α
needs to pay attention to when he designs it, And authord esigns a pracitcal low ,n oise charge sensitive pream- plifier in paper, The ,ra y spectrum measured data shows that the performance qumieeremtsen tthes o f re, α α ray spectrometry,
Key words: detecto; renergy spectrum; amplifiers; noise α
847
范文三:金硅面垒型半导体探测器专用电荷灵敏放大装置
Nuclea rElectronics ,D eteciton Technology 2012 12 Dec, 2012 年 月
金硅面垒型半导体探测器专用
电荷灵敏放大装置
, 张阳金华
( ),100038中国人民公安大学安全防范系北京
: , 摘要讨论了金硅面垒型探测器及电荷灵敏放大器的工作原理并针对金硅面垒型半导体探测器。2N3903 ,AD812 设计了专用电荷灵敏放大装置采用晶体管 为核心电荷灵敏放大器设计由 三级放大 MAX913 。电路及 甄别电路组成的信号放大整形电路设计双金硅面探测器结构及专门的电磁屏蔽措施
。,、提高装置的灵敏度及抗电磁干扰能力该专用电荷灵敏放大装置工作稳定可靠并具有宽响应带宽高
。灵敏度及强抗干扰能力
: ; ; ; 关键词金硅面垒型半导体探测器电荷灵敏放大器电磁屏蔽双探测器结构
A : TL 814; TL 821 : : 0258-0934( 2012) 12-1462-05 中图分类号文献标志码文章编号
氡气及其子体在衰变过程中会辐射 α 粒。对能量较小传统电荷放大装置的能量响应带
,,、子通过测量衰变过程中辐射 α 粒子的能量可 宽较窄灵敏度较低导致放大器输出无法准确
,4 , 6,。常用的 α 粒子探测器 ,; 以推算其母体的浓度反应辐射能量此外如果在传统的电荷放 ,1 , 3,。 ( 1 m) ?内存在较强电磁干 有光电倍增管和半导体探测器两种大装置近距离范围
。,为解决传统放大器存在 采用光电倍增管探测 α 粒子时闪烁体的 ,扰将导致输出紊乱
,、厚度及闪烁室结构不同都将导致探测灵 ,的局限需要针对金硅面垒型探测器设计专用 选材。 。、此外体积较大测量时要求严格避 ,敏度不同的电荷灵敏放大装置以更好地满足工程需求
。而金硅面半 光限制了光电倍增管的应用领域
、、低工作电压响应速 导体探测器具有高灵敏度1 金硅面垒型探测器结构及避光设计,度快等优点其体积小及形状设计多样化的特
1. 1 双金硅面对称结构性在实际工程应用中是光电倍增管所不可比拟 。 : GM ,选用的金硅面垒型探测器型号为 的由于金硅面垒型探测器在探测 α 粒子领 20,20 mm,该探测器的灵敏直径为 允许的最大 。然而金硅面 ,域的优势其工程应用日趋增多eV。15 22 k噪声或能量分辨率等级为 和 采用
, 垒型探测器的输出噪声与 α 分辨率较为接近, 1 kV 通过带 高压的聚氯乙烯塑料膜作为取 并且氡及其子体衰变过程中辐射的 α 粒子绝 ,样片收集氡及其子体聚氯乙烯取样片双面均
,可通过吸附作用收集氡及其子体取样片上氡 ,及其子体衰变产生的 α 粒子辐射是随机的呈
,96% 。球面状且取样片的透过系数大于 而金
,硅面垒型探测器为圆形平面结构由于取样片 : 2012 , 08 , 021 收稿日期: 项目基金中国人民公安大学大学生创新训练计划 直径与金硅面垒型探测器的有效探测直径相 ( 201010041052) 。资助 ,同因此单探测器只能探测到辐射向某一面的 : ,,: ,作者简介张阳男研究领域电子信息工程安全 ( % ) 。50小于 实验中设 ,粒子其探测效率较低。防范技术
1462
,, 且随着探测器与取样片距离减小打到探测器计双探测器对称结构解决探测效率较低的问
, ,。。2 题平行放置相同的 个金硅面垒型探测器上的粒子数增加即探测效率增大当距离小
,2 mm 虽然会提高计数效率但会影响取样 ,2 取样片放置在双探测器中间要求取样片的 于
,个表面距两探测器有效探测面的距离相等调 ,片的插入和拔出增加了金硅面探测器表面划
,。因此我们选择采用双金硅面对称 ,整两个探测器间距离尽量使系统满足准球面 伤的风险、双金硅面探测器与取样片距离 ,结构设计电荷灵敏放大器并设定金硅面探测 ,接收的条件单。。,12 mm变化时探测 α 粒子数结果见表 测试时使 器与取样片之间距离为
?50 / ,1 240 用标准双面 α 源参考计数值为
,min。为排除辐射随机性对实验结果的干扰表 1. 2 探测器的避光设计
,金硅面垒型探测器和光电倍增管类似避 20 中数据为相同测量条件下 次每分钟计数的
。 平均值 光设计方法的不同直接影响了仪器的结构及其、,7,1 表 单双金硅面探测器在不同探测 ,,计数效率为提高系统的稳定性有必要进 距离下探测 α 粒子数 。对型号 行金硅面垒型探测器避光分析及设计
, 20 GDBGM 的金硅面垒型探测器和型号为 为 , 44 。光电倍增管进行了避光实验采用放大 单探测器 双探测器 ,TTL CMOS 计数显示电路可对 或 电平的脉冲 探测器与取 探测器与取 探测器与取 探测器与取 ,; 标准 α 辐射源参考计数值 进行计数并显示样片距离 样片距离 样片距离 样片距离 ,,/ min; 1 850 + 35 标准暗室 套金属壳其直 为5 mm 10 mm 4 mm 2 mm ,径要大于金硅面和光电倍增管的直径可以扣 1 555, 2 , 4 , 9 , 5 108911811241
2 548, 5 1089, 6 1175, 9 1253, 2 ,在金硅面或光电倍增光上挡住部分光线其高 3 565, 7 1078, 3 1176, 2 1246, 5 8 mm 。度高出金硅面 左右标准源无放射性的
4 574, 4 1120, 8 1174, 7 1265, 3 。,2一面粘在金属壳上实验数据见表 为排除 5 554, 1 1114, 9 1180, 4 1255, 8 ,辐射随机性对实验结果的干扰表中的计数值
。10 次实测的平均值为, 1 通过表 可以看出在同样的时间内双探
。测器探测的粒子数要远高于单探测器的而
表 2 探测器避光实验数据
金硅面垒型探测器 光电倍增管 实验条件 加标准源 无标准源 加标准源 无标准源
标准暗室 850, 3 0 870, 1 0 ,1 m 计数紊乱 计数紊乱 标准暗室范围内接打手机 843, 7 0 ( ) ,室内无阳光直射日光灯闭 室870, 2 0 ( ) ,内无阳光直射日光灯开 室内计数紊乱 计数紊乱 ( ) ,,无阳光直射日光灯闭 , 计数紊乱干扰严CRT 工作的 显示器正对缺口 计数紊乱 计数紊乱 ,。重无法正常测试 ,室外缺口朝背阳光方向 室830, 2 0 ,外阳光直射缺口 0 0
, 2 由表 数据可知金硅面垒型探测器对直DC + 48 V DC + 电荷前置放大器的电源为 和 、、CRT 、射太阳光日光灯照射工作的 显示器移 12 V,DC + 48 V 为金硅面垒型探测器的两端提
45 V ,DC + 12 V ,供 左右的工作电压为放大电 动终端的电磁干扰等较敏感因此用金硅面做
。信号放大整形 ,路提供静态工作点和信号放大探测器必须采取一定的避光措施但要求比光 。 DC + 5 V DC ? 12 V,DC 电路中的电源为 和 + 电倍增管要低
5 V U3 MAX913 TTL( CMOS) 为 提供电源及 电2 供电电源滤波?12 V U1 ,DC 平支持为集成运放 U2 AD812
,。 DC + 提供对称电源为消除电源纹波的干扰减小电荷灵敏放大装置的供电电源分为
,1 系统噪声供电电源的滤波电路如图 所 示 5 V、DC ? 12 V DC + 48 V4 。4 和 路路电源向( ) 。图中箭头标注电源在后续电路中的走向 。电荷前置放大器和信号放大整形两部分供电
1463
, 电源采用电感、电容滤波及 π 形滤波电路,将 导致输出结果不准确同时为信号放大整形电
,路提供稳定的直流电源以保证输出脉冲的稳 ,直流电源的纹波降到最小以保证电荷前置放 。 定性及探测的准确性,大器处叠加的电源噪声降到最低避免噪声在
,( ) 放大倍数较大中被放大 后续放大整形电路
1 图 电源滤波处理电路
3 4 电荷前置放大器信号放大整形电路
, 前置放大器是影响整体放大装置性能的关信号放大整形电路需要滤掉噪声对信号
,键因素其信噪比决定了整体放大装置甚至系 ,0 : 5 V 进行放大处理使电路的输出为 的正脉 ,8 , 9,。统的信噪比优劣设计的电荷前置放大器 。AD812 信号放大整形电路由三级 放大电 冲
( U1A、U1B U2A) MAX13 ( U3 ) ,和 和单级 信 为具有深度电容负反馈的高增益放大器其原 路,2 。J1 所示接金硅面其中信号端接金 。3 信号放大整形电路如图 所 号甄别电路组成理如图。 ,硅面垒型探测器的负端金硅面的外壳接地。 示当金硅面垒型探测器表面接受到 α 粒子 AD812 三级 放大电路采用两级反相比例
, ,1 辐射时探测器的负输出端将输出 个负脉冲。反相电路可提高电路的 和一级微分电路串联,C2 0, 01 F 经电容 μ隔直通交的耦合后信号到 ,输入阻抗及共模抑制比微分电路可使电路更 :T 4、:R 7 2N3903 T1 R4 达由快速晶体管 电阻 。MAX913 作为 加准确地锁定有效信号的跳变,组成的复合管放大单元增加放大倍数的同时 、、TTL 低功耗差模输入及 输 ,比较器具有高速,T4 可提高输入阻抗晶体管 的集电极输出一个 ,,/ 出等优势支持单 双电源供电延迟时间可达 20 : 40 mV 的负脉冲作为前置放大器的输出信 ,10 , 1,110 ns。、 MAX913 由于 的工作频率较高,,号信号的有效脉冲迭加在干扰噪声上被送至 , ,MAX913 转换延迟较小当采用 做信号甄别时。 信号放大整形电路。 ,系统稳定输出波形规则
:信号放大整形电路的调试要点包括
( 1) R3、R12、R14 :R 17 通过调节电阻 和
,R19,AD812 改变三级 放大电路的放大倍数通
过调节电路参数达到对于所需探测的所有能量
( U1B ) 1 :4 V 7 的 α 粒子的输出的 脚要落在
,1 V,之内如大部分输出脉冲幅度低于 则信号
; 如果大部分输出脉冲幅度高 与噪声无法区分
,,4 V 则多数脉冲幅度达到饱合导致计数错 于
; 误
2 图 电荷前置放大器
1464
( 2) AD812 ; 三级 放大电路间的耦合尽量不生漂移
,,( 3) MAX913( U3 ) 3 采用电容耦合方式而通过电阻直接耦合不采 的 脚接高精度电位器
,,,: ( ) ,电容小耦合小信号 要求温度变化系数小匝数多阈值的设定 用电容耦合主要是因为
。 ,,,, 弱反之用大电解电容则会因为漏电流较大值通过采用标准辐射源进行校准
,使静态电压不稳定导致系统的静态工作点产
3 图 信号放大整形电路
, 基础上设计了由电荷前置放大器和放大整形5 电磁屏蔽设计。电路组成的电荷灵敏放大装置该装置采用标
,( ) 固体镭源进行了性能测试及标定 准氡气源,, 2 1由 节分析知为使采用金硅面垒型探
,测器的电荷灵敏放大装置性能稳定可靠需要 1 :50 的 响 应 带 宽 为 结果表明该放大装置
,对系统进行电磁屏蔽处理电磁屏蔽对屏蔽体 kHz,对辐射 α 射线的氡及其子体的探测范围 。实验中采 3 的导电性要求要比静电屏蔽高得多000 Bq / m,, 5 cpm / 0 敏 度 为 灵:21 385 为 : 用的措施包括( pC / L) i,装置的抗干扰性能及装置稳定性也,( 1) 放大装置尽量密封缝隙处使用电磁 。大大提高 ,,密封衬垫如果有导线必须穿过装置外壳时设
计滤波器对导线进行屏蔽;: 参考文献,( 2) 为减少引线串扰金硅面探测器与电
、 , 荷放大器间的引线尽可能短设计中将探测器,1,Li Mingliang, Studyo f Environmental Emanometenr da电荷灵敏放大器及信号放大整形电路封闭在铁 Its Application,C,, Proc of ISTAI’06: 1089 , 1092,
,2,, ,M,, : ,,1 贾文懿核地球物理仪器北京原子能出版 壳内整体模块仅留 根信号线作为输出封闭
,1998,社 PCB ;铁壳与 地相连
,3,E V Atkin,A G Voronin, A fast ucrrentpreamplifier for ,( 3) 放大装置的核心部件如金硅面垒型 silicon detector ,sJ,, Instruments and Experimental ,,探测器可进行模块化设计将该核心模块放置Techniques,2010,53( 1) : 86 , 88,
于专用的屏蔽金属网中;,4,,,, ,M,,付小宁牛建军陈靖光电探测技术与系统 ( 4) ,封闭箱体的内壁涂抗电磁辐射的银 : ,2010: 151 ,15 5 ,北京电子工业出版社 ,0, 2 :500 铜涂料漆此材料的电磁屏蔽频带 ,5,Young SooKim,In Sub Jun,Kwang Hyun Kim, l De-
MHz,,80 db,0,电磁屏蔽衰减 ? 表面电阻率sign and characteirzation of CMOS avalanche photodi- 2 ode with charge sensitive preamplifier ,J,, IEEE 026 / m; Ω
Transacitons on Nuclear Science,2008,55 ( 3 ) 137: 6 ( 5) PCB : 、设计及处理措施模拟数字的电 ,138 0, 。IC 数字 的电源与 ,源和地线分离且尽可能宽,6,,,,, 苏弘周波李小刚等一种低噪声快电荷灵敏前 地间加 103 或 104 的去耦电容; 为降低寄生参,J,, ,2004,置放大器的研制核电子学与探测技术 ,,数尽可能采用贴片电阻和电容选用贴片电容 24( 2) : 105 , 107, ,ESR 1 。时尽量满足其 值小于 Ω ,7,H Hamrita,E Rauly,Y, Blumenfeld,et al, Charge and
current, s en sitive preamplifier for pulse shape dis-
crimination techniques with silicon detector,sJ,, Nu-
clear Instruments andMethodins PhysicsResearhc A, 6 结论
1465
在对金硅面垒型探测器的结构及避光设计
,10,,,, 2004,531: 607 ,61 5 ,张阳洪卫军尹军祖金硅面垒型半导体探测器218 : ,201110138677, 8,8,,,, Po , 、专用电 荷灵敏放大电 路中 国 亢俊健刘泰峰李明亮快速测氡法 方法
,M,, : ,2010,仪器及其应用北京地质出版社 ,P,, 2011, 218 ,9,, APD ,J,, ,11,,,, Po 王永纲探测器低噪声前端电子学核电 硕良勋刘昱曲文斌快速测氡仪的研制
,J,, ,2004,19( 04) : 764 , 767,,2006,26( 3) : 280 , 283,地球物理学进展 子学与探测技术
A Special Charge Sensitive Amplifier Device in Gold
Silicon Surface Barrier Semiconductor Detector
ZHANG Yang,JIN Hua
( The Departmenotf Safety Precutaions,Chinese People’s Public Security University,Beijing,China,100038)Abstract: It discussed the glod silicon surfaceb arrier semicontucto rdetectoar nd charge sensitive amplifier, To break the performanlicme itation of traditional charge maplifier,it designed a charge snesitive amplifier aimed at
gold silicon surfaceb arrier, It put forwarda charge sensitive amplifier with transistor 2N3903 as its kernel,sig- nal amplification and shaping circuit was AD812 triple amplifier circuit and MAX913 threshold value compari- son circute, At the same time,gold silicon double ,s urface detector strucatndure sp ecial electromagnetic com- patible measureasre adopted tiom prove sensitivity and anti ,el ectromagnetic interfernece perfomrance, Experi- ment shows thahits tcharge sensitive amplifier works stable with wide responseb andwidth,high sensitivity and good anti ,in terfernece perfomrance,
Key words: gold silicon surface barrier semiconducting detecto; rcharge sensitive amplifier; electro magnetic
shedng (E MS) ; d oube detectorun cton ililji
( 1445 ,Continued from page 1445) 上接第 页
Design and Implementation of Control System Network of BEPC
1 2 YUE Ke ,ju an,ZHAO Ji ,ji u
( 1, Hunan First Normal University,Hunan,410205; Institute of High Energy Physics;2, Chinese Academy of Sciences,Beijing,100049)
Abstract: It descirbes the design and implementation of the cnotrol system netwoorkf t he BEPCII,including de- sign principle,netwokr technology,netwokr topology and equipment seleciton, How to reliaze link redundancy and security access cnotrol are mainly focused, The networkh as been put into operation in Oct, 2006 which has a good bandwidth,reliability and security, The systemh as met the qureirement of the rela time control of the
BEPCII,
Key words: netwokr; control system; cisco; redundancy; load balancing
1466
范文四:【doc】金硅面垒探测器的修复与保养
金硅面垒探测器的修复与保养 第24卷第6期
2004年11月
核电子学与探测技术
NuclearElectronics&DetectionTechnology
Vo1.24No.6
NOV.2004
金硅面垒探测器的修复与保养
杨明太,高戈
(中国工程物理研究院,四川绵阳市919信箱71分箱621900) 摘要:介绍了金硅面垒探测器因放射性的污染或粉尘,油渍等污物的沾附.致使其性能变坏而无法
正常使用时.通过清洗和一定的处置使其性能恢复的方法.同时.还叙述了金硅面垒探测器的维护保养
方法和使用注意事项.
关键词:金硅面垒探测器;性能修复;保养
中圈分类号:TL82文献标识码:A文章编号:0258-0934(2004)06—0785-03 0引言
金硅面垒探测器是在真空环境中,在硅片
上真空蒸发镀一金层(约20nm)形成P—n结而
制成的半导体探测器[1].金硅面垒探测器的结
构比较简单,整个制造工艺过程不需要进行高
温处理.比起其他类型的半导体探测器来,其生
产成本较低.现在,金硅面垒探测器已成为带
电粒子能谱测量和a,8放射性强度测量的重要
探测器,尤其是用金硅面垒探测器测定钚中
船.Pu和"Am,是世界上通行的最为经典的测量
方法[3].这是因为金硅面垒探测器具有近似理 想的伏安特性,噪声低,线性好,稳定性强,灵敏 度高和能量分辨好等特性;金硅面垒探测器还 可以通过较灵活的组装以适应多种实验条件和 使用要求;金硅面垒探测器具有较长使用寿命 (可使用1至数年).因此,金硅面垒探测器在核 物理实验室,核工业,核爆炸产物分析和核技术 应用等诸多方面得到了非常广泛的应用【4]. 然而,在使用中,由于金硅面垒探测器与样 品源同处一真空室,而且必须十分靠近,金硅面 收稿日期:2004—06—28
作者简介:杨明太(1953一),男,四川乐山人.高级工 程师,核物理专业.
垒探测器不可避免地会受到放射性的污染,粉 尘的沾附和真空泵油的沾污,极易使探测器性 能变坏.对于这些因放射性的污染,粉尘的沾附 和真空泵油的沾污导致性能变坏探测器,不能 用棉球直接擦拭或用口吹的方法去污,可采用 特殊的方法进行修复.
1金硅面垒探测器的修复
1.1修复步骤
对于因放射性的污染,粉尘的沾附和真空 泵油的沾污,导致性能变坏的金硅面垒探测器, 我们按以下步骤进行修复,获得了较好的效果. 其方法步骤如下:
1.1.1外壳去污
在通风柜中,用含无水乙醇的棉球细心地 擦洗性能变坏的探测器外壳周围,以除去探测 器外壳上的放射性和其他沾污物,但千万注意
不要接触金硅层,以免损伤金硅层.
1.1.2表面清洗
1)用冷二次去离子水流动反复冲洗金硅 面垒探测器的金硅表面后,用75,8O?的热二 次去离子水冲洗金硅表面1,2s,再用冷二次 去离子水冲洗2,3s;
2)将经上述冲洗的金硅面垒探测器在分 析纯丙酮中快速漂洗一次,再用热二次去离子 785
水冲洗一次.
3)反复上述步骤数次,直到金硅面垒探测 器表面看不到任何污迹,金硅面光洁如初为止. 1.1.3烘干
将清洗完毕的金硅面垒探测器置于红外灯 下快速烘干,但烘烤探测器的温度不得超过 50?,时间不宜过长,烘干水汽即可. 1.1.4检测
1)用a表面剂量计检测清洗处理后的金 硅面垒探测器表面,清洗彻底的探测器其表面 不应有a计数;
2)将处理完毕的金硅面垒探测器装入a 谱仪的样品室,同时放入钚a标准源,测量钚a 能谱.如果获得的..Pu与Pu能峰可完全分 开,满足测量要求,即可认为该探测器性能已经 恢复,可投入正常使用.
1.2修复效果
按上述方法步骤,先后对本实验室存放的 14个性能变坏,无法使用的金硅面垒探测器进
行了修复.经实际测试,有9个探测器的性能 得到了恢复.修复情况列于表1.
表114个性能变坏的金硅面垒探测器修复结果表 1.3结论
1)在正常使用情况下,金硅面垒探测器性 能变坏,主要是受放射性的污染,粉尘的沾附和 真空泵油的沾污造成的.对于因受放射性的污 染,粉尘的沾附和真空泵油的沾污性能变坏的 金硅面垒探测器,大部分可用上述方法进行修 复;
2)本文介绍的修复金硅面垒探测器的方法 简便易行,省时省力,且费用较低;
3)被修复的探测器性能稳定,可正常继续 使用.
2金硅面垒探测器的保养
随着技术水平和生产工艺的不断提高,金 硅面垒探测器的制造技术已13臻完备,成熟,其 性能十分稳定可靠.在正常情况,金硅面垒探测 786
器的使用寿命可达好几年.然而,对金硅面垒探 测器不正确使用和保管,从而可能缩短探测器 的使用寿命,甚至可能造成不应有的损坏.实践 表明,正确使用和妥善保管金硅面垒探测器,对 探测器的使用寿命是至关重要.
2.1金硅面垒探测器的使用
1)拿取探测器时,千万不要触摸探测器的 金层.如使用前发现探测器的金层上有尘埃或 其它脏物,切忌用口吹或用棉球擦拭,可用清洁 的医用橡皮球,轻轻将金层表面的附着物吹除
干净即可.
2)在将探测器装入样品测量室前,用丙酮 或酒精棉球将样品测量室擦拭干净,并抽一次 真空后再安装探测器.
3)安装探测器时,应将探测器放正放平. 4)将探测器装入样品测量室后,应先抽真
空,然后再匀速缓慢调节探测器偏压直到额定 工作电压为止.
5)更换样品时,可不必降低探测器偏压,以 保持探测器的稳定性,但千万不要碰撞或触动 探测器和偏压线头.
6)测量样品完毕,先匀速缓慢调节探测器 偏压到零,然后必须对真空室放气. 7)为避免真空泵油蒸气对样品测量室和探 测器的污染,可采用无油真空系统. 8)测量中,应尽量避免强辐射对探测器的 损伤;不得将样品与探测器接触,以防止样品对 探测器被的污染.
2.2金硅面垒探测器的存放
1)不能将金硅面垒探测器置于有还原性气 体(如氢气)的气氛中.
2)不得将金硅面垒探测器存放于有化学污 染的环境气氛(如汞蒸气,油蒸气,有机溶剂和 乙炔蒸气等)和腐蚀性气氛(如酸蒸气,焊接用 的助熔剂等)中.
3)金硅面垒探测器应存放于可密封的干燥 而干净的容器(如干燥器)中,并同时放人一定 的干燥剂(如硅胶).存放的垒探测器应戴上保
护帽,以防损坏金层.
参考文献:
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技术.1966.5:268.
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北京:原子能出版社,1973.43.
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MassSpectrometric,andSpectrochemicalAnalysis
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Pellets.C697—98.36,39
[4]丁洪林.半导体探测器及其应用[M].北京,原子
能出版社,1989,154,169.
RecoveryandmaintainofAu-Sisurfacebarrierdetector YANGMing—tai,GAOGe
(ChinaAcademyofEngineeringPhysics,P.O.Box919-71, MianyangofSichuanProv.621900.China)
AbstractThemethodsofperformancerecoverybycleaninganddisposalforAu.-Sisurfaceba
rrierde..
tectorthatperformancedeterioratedandcan'tbeusednormallyowingtobecontaminatedbyr
adioactiv—
itymaterie1.powderandoil,havebeenrecommended.Andthecautionarymeasuresandtheu
niversal
maintainmethodsforAu—Sisurfacebarrierdetectorhavebeenspecified. Keywords:Au—Sisurfacebarrierdetector;recoveryofperformance;maintain 787
范文五:【doc】低本底α金硅面垒探测器
低本底α金硅面垒探测器 【
第l4卷第3期
1994年5月
核电子学与探测控术
NuclearElectronics&DetectionTechnology
vo114No.3
May.1994
低本底.金硅面垒探测器
能科(中国原子能科学研究院核技术应用所.
张万昌1L91张万昌IL'0J~2z5信箱25分箱,1024I3)
^r
本文教述了低奉底"盒硅面垒探删器的制备与性能,其平均奉底计数辜每24h为25.
关键词低本底盒硅面垒探测器
?__-?___一
l引言
对操作钚,浓缩铀等n放射性元素的工作人员进行尿中钚元素的监测以及对环境中钚
元素的监测是核防护工作不可缺少的.用于监测这些元素的探1蜊元件有核乳胶,低本底"闪
烁计数器.核乳胶灵敏度较高但需要照射一天,因此不能及时发现铀,钚等元素的u粒子,而
且检测人员用显徽镜数径迹,工作量大,a闪烁计数器相对说教率大低.用于制备核粒子探
测器的半导体硅材料.其纯度高,因而它本身的辐射本底低.制成探测器后对"粒子计数效
率高,所以适台构成低本底a计数器用来监测和测量水,气溶胶等监测洋品的低强度.放射
性.
要得到低本底的金硅表面势垒探测器,要求探测器的漏电流要小,我们采用了台理的
样品结构和制备工艺,制备了漏电流小(对4,20mm的金硅面垒探测器.在室温环境.300
~
500V反向偏压,漏电流为0.2,O.5A)的低本底探洲器.构成了设备简单的便携式低本
底"计数仪.
2低本底金硅面垒探测器的研制
I)材料选取;高阻N型硅,直径大于28ram,径向和轴向的电阻率不均匀性好于15, 无位错和位错均匀分布(位错数目小于103/cm),少数载流子寿命不小于800~s,无堆垛层
错和其他徽缺陷.
2)成形;根据要求切成厚lmm,割圆成犯6ram的薄片,并在一面上刻~24mm的同心 环沟槽(沟槽宽lmm.槽深0.5ram).
3)研磨样品和化学腐蚀沟槽.
4)研究磨样品(M7)要充分细致.
5)丙酮超声去油清洗
6)化学腐蚀(1;6=HF:HNO,加少量亚硝酸钠),腐蚀3,4.5rain.去离子水淬灭.. 7)清洗和表面处理(包括超声清洗,去离子水浸泡,沸去离子水煮和恒温烘烤). 8)封装:诛腔烘烤
?
】78?
9)真空蒸发金,铝电极.
10)探渊器恒温热退火处理
l】)特性测试.
3特性溪I试结果
3.1伏安特性
良好的伏安特性是一个优质探测器所必须具备的条件,它也是鉴别工艺,判别成品质
量的一个筒便的方法,图l是低本底金硅面垒探测器典型的陡安特性. 厦向电压/
5004003002001000
图1低本底金硅面垒探j则器典型的伏寄特性
3.2本底计数特性
低本底金硅面垒探测器的本底计数特性列于表J.
衰150次幸雇计数率的分布和重复性
避
厘
每2抽奉底计教/十10Il『2I3l45.68
出现孜披I9l11l6I10I633
测量50次,每次24h,总共本底计数为125个,平均本底计数率为2.s-i"/24h,每24h本
底计数率出现的范围为048个.
4结束语
我们制备的金硅面垒探测器面积为320ram.如若有35,50ram的大直径硅单晶,则可
制备大面积的环境监渊用的低本底a,B探测器.
另外.在探渊器的研制中.如若注意到样品的几何结构和对势垒进行恒温热退火处理,
对降低探渊器的漏电流,提高耐压.减少本底,提高金硅面垒探测器的稳定性等是极其有
效的工艺方法
低本底a盒硅面垒探测器的候本底计数特性的测量是本院安防处陈勤同志捌试
的.在此表示衷心的
感谢.
(1994年3,q15日收到)
(下转第184贾.Contenuedorlpage184J
:
4——!l——
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图5下甄{;9器输出脉冲渡形图
-),<I<r+P-b)P'>+V-
(1993年11月15日收到)
ASingleChannelPulseHeightAnalyzer
ShenZhangqJan
(ChinafrLsthuteofAtomicEnergy?P.0.Box275(71).Beijing.102413) Abstr_c?
AsimplesinglechannelpulseheightanalyzercircuitisintroducedJnthispaper.Theequip-
rnenttake~avoltagecornparatorasdiscriminatingelement-Thecircuithasadvantagesofhig
h
sensitivity,lowpowerdissipation?sirepieconstJtution,convenientadjustment—etc.
(KeyWords:SinglechannelpulseheightanalyzerNuclearinstrumentDiserirnJnator
AnticOincidence)
(t-接第179页.Cmatinuedfrompagel79)
LowBackgroundaAu-siSurfaceBarrierDetector
DingHonglinZhangXiufengZhangWanchang
(ChmaInstituteofAtom~Energy—P.O.Box275(25).Beijing.102413)
Abslraet
Thispaperdescribesthepreparationtechnologyandtheperformancesofthelowback—
groundaAu-Sisurfacebarrierdetector?itsaveragecountrateis2.5eo~unts/24h.
(KeyWordslLowbackgroundAu-SisurfacebarrcerDetector)
?184?
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