硅輻射探測器的研究進展*

廖非易，李高財，雷 林，黃鶴翔，王小英，趙一英

(1.中國工程物理研究院材料研究所，四川 江油 621908；2.四川藝精科技集團有限公司，四川 江油 621700)

輻射探測技術在國土安全、太空探索、環境安全、石油勘探、醫療衛生等方面均有重要應用，其中的半導體輻射探測器是核輻射探測、成像技術的核心部件。半導體輻射探測器自20世紀60年代開始發展，逐步在核探測儀器中得到重要應用。

最常見的半導體輻射探測器是硅、鍺探測器，其他還有CdTe、HgI2、SiC、CdS、GaAs、PbS等探測器[1]。硅、鍺相比其他半導體材料，具有較低的禁帶寬度(產生的電子-空穴對多)，更高的載流子遷移率和壽命(電荷收集效率高)，且生長的單晶缺陷低、尺寸大。雖然,其他半導體材料具有更高的輻射衰減系數(高原子序數)，但生長出的單晶材料存在電活性雜質高和天然缺陷密度高等問題，因此制備出的輻射探測器時間不穩定性，即極化效應比較嚴重。鍺探測器能量分辨率高，但需要在液氮溫度下工作，以降低熱噪聲，因此成本昂貴。硅輻射探測器具有室溫下工作、能量分辨率高、空間分辨率高、探測能量范圍寬、線性范圍寬、對磁場不敏感、設計緊湊、機械強度高等優點，因此成為了半導體輻射探測器的主流。隨著半導體技術的蓬勃發展，離子注入等新技術不斷涌現，平面工藝以及超大規模集成電路廣泛應用于硅探測器，因此探測器尺寸已由cm2級增長到m2級，通道數由幾千量級增長到了百億量級[2]，抗輻照能力也從數十Gy增長到了數十MGy[3]，這使得探測器粒子軌跡空間分辨率、快速計時能力、抗輻照能力、讀出速率等都有顯著提升，并在國土安全、天文學、放射性勘探、核醫學等領域得到了重要應用[4]。……