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Simulation study of energy resolution with changing pixel size for radon monitor based on Topmetal-Ⅱ^- TPC 被引量:6
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作者 Meng-Yao Huang Hua Pei +1 位作者 Xiang-Ming Sun Shu-Guang Zou 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2019年第1期49-57,共9页
In this paper, we study how pixel size influences energy resolution for a proposed pixelated detector—a high sensitivity, low cost, and real-time radon monitor based on a Topmetal-Ⅱ^- time projection chamber(TPC). T... In this paper, we study how pixel size influences energy resolution for a proposed pixelated detector—a high sensitivity, low cost, and real-time radon monitor based on a Topmetal-Ⅱ^- time projection chamber(TPC). This monitor was designed to improve spatial resolution for detecting radon alpha particles using Topmetal-Ⅱ^- sensors assembled by a 0.35 lm CMOS integrated circuit process.Owing to concerns that small pixel size might have the side effect of worsening energy resolution due to lower signalto-noise ratio, a Geant4-based simulation was used to investigate the dependence of energy resolution on pixel sizes ranging from 60 to 600 lm. A non-monotonic trend in this region shows the combined effect of pixel size and threshold on pixels, analyzed by introducing an empirical expression. Pixel noise contributes 50 keV full-width at half-maximum energy resolution for 400 lm pixel size at 1–4σ threshold that is comparable to the energy resolution caused by energy fluctuations in the TPC ionization process( ~20 keV). The total energy resolution after combining both factors is estimated to be 54 keV for a pixel size of 400 lm at 1–4σ threshold. The analysis presented in this paper would help choosing suitable pixel size for future pixelated detectors. 展开更多
关键词 GEANT4 Energy resolution pixel size RADON MONITOR topmetal
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A highly pixelated CdZnTe detector based on Topmetal-II^- sensor
2
作者 邹曙光 樊艳 +6 位作者 孙向明 黄光明 裴骅 王珍 刘军 杨苹 王东 《Chinese Physics C》 SCIE CAS CSCD 2017年第4期155-158,共4页
Topmetal-Ⅱ^-is a low noise CMOS pixel direct charge sensor with a pitch of 83 μm.CdZnTe is an excellent semiconductor material for radiation detection.The combination of CdZnTe and the sensor makes it possible to bu... Topmetal-Ⅱ^-is a low noise CMOS pixel direct charge sensor with a pitch of 83 μm.CdZnTe is an excellent semiconductor material for radiation detection.The combination of CdZnTe and the sensor makes it possible to build a detector with high spatial resolution.In our experiments,an epoxy adhesive is used as the conductive medium to connect the sensor and cadmium zinc telluride(CdZnTe).The diffusion coefficient and charge efficiency of electrons are measured at a low bias voltage of-2 V,and the image of a single alpha particle is clear with a reasonable spatial resolution.A detector with such a structure has the potential to be applied in X-ray imaging systems with further improvements of the sensor. 展开更多
关键词 topmetal pixel cdznte
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CdZnTe像素探测器的制备与表征 被引量:3
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作者 王闯 查钢强 +3 位作者 齐阳 郭榕榕 王光祺 介万奇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1320-1324,共5页
本文采用CdZnTe单晶制成像素探测器,并对其能谱响应特性及均匀性进行了系统表征。通过I-V和能谱响应测试,测定了晶体的电阻率和载流子迁移率与寿命的积,并用红外透过显微成像观察了晶体内Te夹杂的分布特性。采用光刻、剥离和真空蒸镀技... 本文采用CdZnTe单晶制成像素探测器,并对其能谱响应特性及均匀性进行了系统表征。通过I-V和能谱响应测试,测定了晶体的电阻率和载流子迁移率与寿命的积,并用红外透过显微成像观察了晶体内Te夹杂的分布特性。采用光刻、剥离和真空蒸镀技术,在CdZnTe晶片上制备了8×8的像素电极,用丝网印刷和贴片技术通过导电银胶实现像素电极与读出电路的准确连接,制备出CdZnTe像素探测器。对像素探测器的测试表明,-300V下单像素最大漏电流小于0.7nA,对241 Am 59.5keV的能量分辨率可达5.6%,优于平面探测器。进一步分析了晶体内Te夹杂等缺陷对探测器漏电流和能谱响应特性的影响规律,结果表明,Te夹杂的聚集会显著增加漏电流,并降低探测器的能量分辨率。 展开更多
关键词 cdznte 像素探测器 能量分辨率
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基于高能γ源的CdZnTe成像探测器极化效应研究 被引量:1
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作者 黎淼 肖沙里 +4 位作者 王玺 曹玉琳 陈宇晓 沈敏 张流强 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1005-1010,共6页
应用第一类边界条件泊松方程,推导了碲锌镉(CdZnTe)探测器晶体内部电势分布,研究了CdZnTe探测器在137 Cs高能γ源成像探测过程中的极化效应。数值计算与实验结果表明:在低辐射注量率条件下,即CdZnTe晶体内部载流子电荷密度较低时,内部... 应用第一类边界条件泊松方程,推导了碲锌镉(CdZnTe)探测器晶体内部电势分布,研究了CdZnTe探测器在137 Cs高能γ源成像探测过程中的极化效应。数值计算与实验结果表明:在低辐射注量率条件下,即CdZnTe晶体内部载流子电荷密度较低时,内部电势分布主要受外加偏压影响,晶体内部电势与偏压为线性关系,电场呈均匀分布。在高辐射注量率条件下,即晶体内部载流子电荷密度较高时,内部电势分布出现极化区域,电场分布发生扭曲,电子载流子向辐照区域外侧迁移,形成辐照中心无信号而辐照边缘区域仍有响应信号的极化探测图像。极化效应造成CdZnTe探测器探测性能严重退化,辐照边缘区域像素事件计数下降约70%。 展开更多
关键词 辐射成像探测 半导体探测器 cdznte 极化效应 像素阵列
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公共格栅像素CdZnTe探测器的能谱特性
5
作者 杨国强 肖沙里 +3 位作者 马跃东 张流强 曹玉琳 陈宇晓 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期267-271,共5页
使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的4×4公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真,研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明:由于小像素效应较弱,较大的像素不能有效消... 使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的4×4公共格栅像素CdZnTe探测器。通过能谱测定实验及权重势和电场仿真,研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应。结果表明:由于小像素效应较弱,较大的像素不能有效消除"空穴拖尾",能谱特性较差;由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失,较小的像素能谱特性也较差。在像素宽度为0.8 mm时,得到了对662keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65。适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动,促进电荷的完全收集,改善探测器的能谱特性。过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加,探测器的能谱特性也会恶化。在像素宽度为0.8mm时最佳偏压为-60V。 展开更多
关键词 cdznte 半导体探测器 公共格栅像素结构 小像素效应 能量分辨率
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碲锌镉面元辐射探测器堆积载流子屏蔽效应
6
作者 肖沙里 黎淼 +4 位作者 王玺 曹玉琳 陈宇晓 聂玲 张流强 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1433-1436,共4页
采用铑(Rh)靶45kV X射线源进行了碲锌镉(CdZnTe)面元像素阵列探测器成像实验。实验结果表明:在探测距离1mm,管电压45kV条件下,管电流增大至20μA时,辐照中心区域像素单元信号丢失,出现围绕辐照中心区域的边缘高事件计数环形探测图像。... 采用铑(Rh)靶45kV X射线源进行了碲锌镉(CdZnTe)面元像素阵列探测器成像实验。实验结果表明:在探测距离1mm,管电压45kV条件下,管电流增大至20μA时,辐照中心区域像素单元信号丢失,出现围绕辐照中心区域的边缘高事件计数环形探测图像。随着管电流的增大,无响应像素区域扩大,探测器总体事件计数明显降低。进一步根据泊松方程建立了CdZnTe晶体内部电势分布模型,仿真结果表明:单位面积光子通量为5×105 mm-2.s-1时,由于CdZnTe晶体较低的空穴迁移率,晶体内部存在堆积空穴载流子形成的高空间电荷密度分布区域。晶体内部电场产生扭曲,电子载流子无法迁移至对应阳极位置,导致辐照中心区域产生信号屏蔽效应。 展开更多
关键词 辐射成像探测 半导体探测器 碲锌镉 光生载流子 屏蔽效应 像素阵列
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基于CdZnTe晶体的2×2像素阵列探测器研究 被引量:4
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作者 王玺 肖沙里 +6 位作者 张流强 陈宇晓 曹玉琳 黎淼 沈敏 蔡欣 蒋建 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期639-643,共5页
根据CdZnTe(CZT)晶体的辐射探测理论,搭建了CZT像素阵列探测系统。采用241Am源研究了2×2像素阵列特性,得到了59.5keV能量γ射线能谱,最高能量分辨率为14.6%,并且各个像素性能差异明显,特别是边缘像素出现低能道区域计数增多,谱线... 根据CdZnTe(CZT)晶体的辐射探测理论,搭建了CZT像素阵列探测系统。采用241Am源研究了2×2像素阵列特性,得到了59.5keV能量γ射线能谱,最高能量分辨率为14.6%,并且各个像素性能差异明显,特别是边缘像素出现低能道区域计数增多,谱线向低能方向轻微漂移。为优化辐射成像,对实验数据作了进一步研究。结果表明,晶体内部不均匀的电场是造成各个像素性能偏差,和边缘像素谱漂移的主要原因。在成像过程中可以通过针对性的补偿加以修正,从而提高探测器有效成像面积,优化成像质量。 展开更多
关键词 cdznte(CZT) 像素阵列 探测器 能量分辨率
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室温核辐射CdZnTe像素探测器的研制 被引量:1
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作者 郭榕榕 介万奇 +3 位作者 查钢强 王涛 徐亚东 郭庆真 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期660-665,共6页
采用布里奇曼法生长的CdZnTe(CZT)单晶,制成室温核辐射像素探测器。首先通过红外透过显微(IRTM)成像、电阻率测量以及单元探测器能谱响应测试等手段,综合评定了探测器用CZT晶体的质量,结果表明,晶片富Te相密度为28.43 mm-2且尺寸分... 采用布里奇曼法生长的CdZnTe(CZT)单晶,制成室温核辐射像素探测器。首先通过红外透过显微(IRTM)成像、电阻率测量以及单元探测器能谱响应测试等手段,综合评定了探测器用CZT晶体的质量,结果表明,晶片富Te相密度为28.43 mm-2且尺寸分布较均匀,电阻率为1010Ω.cm;电子迁移率寿命积为1.07×10-3cm2/V,晶片质量完全达到像素探测器的制作要求。采用光刻及双层胶剥离技术在CZT晶片表面制备出4×4像素Au电极,制备出金属-半导体-金属(MSM)结构像素阵列探测器,并研究了像素探测器的H2O2溶液湿法钝化和低能氧离子轰击干法钝化工艺,钝化后16个像素在100 V偏压下的漏电流为0.79~1.2 nA。室温下测试像素探测器对未经准直的241Am@59.5 keVγ射线的能谱响应,结合Shockley-Ramo理论,分析了不同像素能谱响应的影响规律。 展开更多
关键词 cdznte(CZT) 像素探测器 钝化 Shockley-Ramo理论 能量分辨率
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用于康普顿相机的成像探测系统研制 被引量:2
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作者 李兴隆 王薇 +4 位作者 吴建华 李传龙 骆志平 庞洪超 刘阳 《中国辐射卫生》 2020年第5期519-523,529,共6页
目的针对核设施热点成像应用设计康普顿相机的探测器和读出电子学系统。方法采用两块像素型碲锌镉探测器分别作为康普顿相机的散射层和吸收层,利用SRE4002模块、信号处理电路、模数转换电路和主控板等构成读出电子学系统,并针对康普顿... 目的针对核设施热点成像应用设计康普顿相机的探测器和读出电子学系统。方法采用两块像素型碲锌镉探测器分别作为康普顿相机的散射层和吸收层,利用SRE4002模块、信号处理电路、模数转换电路和主控板等构成读出电子学系统,并针对康普顿相机应用设计了数据采集逻辑和控制程序,可对探测器每个像素的能量响应进行实际校准测试。结果测试发现该探测系统的位置分辨与像素设计一致;校准后662 keV处总能量分辨和平均能量分辨约为3%。结论该系统的位置分辨和能量分辨符合康普顿相机研究需求,单像素能量校准有效改善了能量分辨,可为康普顿散射成像研究提供硬件支持,并对其他γ成像系统设计具有借鉴意义。 展开更多
关键词 康普顿相机 碲锌镉 像素 读出电子学
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CZT面元像素探测器的研制及其幅度修正技术的实现
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作者 黎淼 肖沙里 +4 位作者 王玺 陈宇晓 曹玉琳 聂玲 张流强 《光电子.激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1277-1282,共6页
根据CdZnTe(CZT)面元像素探测器基本原理,测试分析了像素阵列CZT晶体漏电流特性。建立了基于数字脉冲处理方式的11 mm×11 mm×3 mm尺寸4×4像素阵列CZT探测系统。采用137Cs 662 keV伽玛源测试得到探测系统响应脉冲幅度谱,... 根据CdZnTe(CZT)面元像素探测器基本原理,测试分析了像素阵列CZT晶体漏电流特性。建立了基于数字脉冲处理方式的11 mm×11 mm×3 mm尺寸4×4像素阵列CZT探测系统。采用137Cs 662 keV伽玛源测试得到探测系统响应脉冲幅度谱,平均能量分辨率为3.3%,全能谱峰(FWHM)为21.85 keV。采用数字脉冲幅度修正方法实现了对探测器像素单元信号处理方式的改进,角像素能量分辨率平均提高1.6%,像素单元最优能量分辨率为2.5%。实验结果表明,所搭建的4×4面元像素阵列探测系统具有高能量分辨率,幅度修正方法对边缘像素能谱性能有明显改进。 展开更多
关键词 cdznte(CZT) 半导体探测器 像素阵列 幅度修正 能量分辨率
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