Детекторы с преимущественно электронным сбором заряда. Квазиполусферические детекторы. Детекторы Фриша. Пиксельные детекторы

Захват дырочных носителей и неоднородность материала ограничивает применение CdTe и CdZnTe планарных детекторов большого объема. Удовлетворительное энергетическое разрешение можно достичь лишь для низкоэнергетических фотонов рентгеновского и гамма-излучения менее 122 кэВ.

становится популярной у разработчиков CdZnTe детекторов гамма-излучения. Исторически первая такая конструкция для CdZnTe детектора копланарного детектора была предложена в [9]. Его конструкция будет рассмотрена в следующем параграфе. Предложенная конструкции, как и остальные другие, восходят к идеи введению сетки в плоскопараллельную ионизационную камеру [10], впервые предложенную Фришем в 1944 г. для ограничения вклада ионного тока.

Было показано, что если в CdZnTe пиксельном детекторе размеры пикселя гораздо меньше толщины детектора, и на пиксели подается положительное напряжение смещение для сбора электронов, то индуцированный заряд на пикселе наводится только в результате движения электронов. Расчет индуцированного заряда на пикселе, проводится на основе теоремы Рамо [11]. Вычисление весового потенциала показывает, что он остается невысоким практически во всей области детектора и только в непосредственной близости от анодного пикселя начинает резко возрастать, как это можно видеть на рисунке 1.2. Поэтому большая часть заряда начинает генерироваться при подходе электронных носителей вплотную с анодом, и захват дырок уже может не влиять на ухудшение энергетического разрешения. В [12] было показано, что при применении коррекции захвата электронов на пиксельном детекторе можно достичь энергетического разрешения менее 2% по линии Cs¹³⁷ 662 кэВ.

Другая конструкция CdZnTe детекторов связана с так называемым кольцевым детектором Фриша. Существуют различные модификации такой конструкции. Первоначально предложенный детектор представлял собой трапецеидальный датчик с небольшим сплошным кольцевым электродом по контуру боковых сторон возле анода. В настоящее время достаточно широко используется вариант детектора CdZnTe формы параллелепипеда с невысоким аспектным отношением стороны к толщине детектора. На боковых сторонах этого детектора через слой изолятора располагается проводящая экранированная пленка, обычно находящаяся под потенциалом 24

анода. В подобных схемах конструкцию лучше представлять как формирование виртуальной сетки Фриша, функционирование которой аналогично описанной выше. В данном случае внутри также существует область с быстрым индукционным сбором заряда и область, где движение носителей практически не сказывается на генерации сигнала. Такая конструкция достаточно проста, и на таких детекторах было достигнуто разрешение 1,5% по линии 662 кэВ.

Рисунок 1.2. Распределение весового потенциала в пиксельном детекторе

Квази-полусферическая конструкция детектора известна сравнительно давно. В ней также используются описанные выше принципы функционирования. Геометрия такого детектора устанавливается соотношением: где a, b, h- геометрические размеры детектора. Рассчитанный весовой потенциал показан на рисунке 1.2. Как видно из рисунка 1.3, распределение потенциала также способствует более качественному сбору электронов

относительно дырок. На детекторах полусферической конструкции было получено разрешение около 2% по линии 662 кэВ и около 3% по линии 122 кэВ.

Рисунок 1.3. Распределение весового потенциала в квази-полусферическом

детекторе с различными размерами анодного электрода