CN117374146A - 半导体探测器及其能量自刻度、状态监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体探测技术领域，涉及一种半导体探测器及其能量自刻度、状态监测方法，所述半导体探测器包括灵敏区域和非灵敏区域，在所述非灵敏区域注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述非灵敏区域到达所述灵敏区域，并完全沉积在所述灵敏区域。本发明能够实现半导体探测器的能量自刻度及状态监测，提高半导体探测器对其测量结果的准确性。

Description

半导体探测器及其能量自刻度、状态监测方法
技术领域
本发明属于半导体探测技术领域，涉及半导体探测器技术，具体地说，涉及一种半导体探测器及其能量自刻度、状态监测方法。
背景技术
半导体探测器具有体积小、能量分辨率优越等优势，因此被广泛应用于核辐射的测量。其中，半导体探测器的能量刻度对于测量结果的准确性至关重要。但在实际测量中，一些测量条件下（例如：长期的空间粒子探测以及行星表面探测）不允许直接通过放射源对探测器进行定期的能量刻度，然而能量刻度系数会随时间、温度等条件的变化发生漂移，因此单一的能量刻度系数不能准确地反映测量过程中半导体探测器的响应，进而导致最终得到的测量结果不准确，甚至是错误的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的无法实现自刻度等上述问题，提供了一种半导体探测器及其能量自刻度、状态监测方法，能够实现半导体探测器的能量自刻度，提高半导体探测器对其测量结果的准确性。
本发明第一方面，提供了一种半导体探测器，包括灵敏区域和非灵敏区域，在所述非灵敏区域注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述非灵敏区域到达所述灵敏区域，并完全沉积在所述灵敏区域。
在一些实施例中，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素向四周发射的阿尔法粒子无法逃逸出所述半导体探测器，使得探测器本身是无放射性的。
在一些实施例中，所述半导体探测器为肖特基型半导体探测器，所述肖特基型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的金属层、基底层、缓冲层、灵敏层和肖特基接触层，所述基底层为非灵敏区域，所述灵敏层为灵敏区域，在所述基底层注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述基底层到达所述灵敏层，并完全沉积在所述灵敏层。
在一些实施例中，在向所述基底层注入阿尔法放射性核素时，从最下方的金属层注入，穿过所述金属层完全沉积在所述基底层中。
在一些实施例中，所述半导体探测器为PIN型半导体探测器，所述PIN型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的第一金属层、N区域层、I区域层、P区域层和第二金属层，所述N区域层为非灵敏区域，所述I区域层为灵敏区域，在所述N区域层注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述N区域层到达所述I区域层，并完全沉积在所述I区域层。
在一些实施例中，在向所述N区域层注入阿尔法放射性核素时，从最下方的第一金属层注入，穿过所述第一金属层完全沉积在所述N区域层中。
本发明第二方面，提供了一种本发明第一方面所述半导体探测器的自刻度方法，其特征在于，在无外界放射源的情况下，获取注入在半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子，得到所述阿尔法粒子能谱，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述半导体探测器的能量刻度。
在一些实施例中，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述半导体探测器的能量刻度的方法为：在注入到所述半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素的位置已知条件下，通过Geant4模拟软件得到阿尔法粒子模拟能谱，调整所述阿尔法粒子能谱的刻度系数，使所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致，则所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致时的刻度系数即为所述半导体探测器的能量刻度。
在一些实施例中，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述半导体探测器的能量刻度的方法为：利用阿尔法放射源对半导体探测器进行能量刻度，得到一组能量刻度系数，利用该组能量刻度系数对由所述注入阿尔法放射性核素所产生的阿尔法粒子能谱进行能量刻度，得到阿尔法粒子能谱的能量刻度系数，所述阿尔法粒子能谱的能量刻度系数即为所述半导体探测器的能量刻度。
本发明第三方面，提供了一种本发明第一方面所述半导体探测器的状态监测方法，在所述半导体探测器工作时，探测注入在所述半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子能谱；若探测到阿尔法粒子能谱，则说明所述半导体探测器工作正常，处于正常工作状态；若探测不到阿尔法粒子能谱，则说明所述半导体探测器发生故障，已停止响应，处于故障状态。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
（1）本发明半导体探测器，通过注入阿尔法放射性核素，实现半导体探测器的能量自刻度，可以在一些极端条件下实现半导体探测器的能量刻度。
（2）本发明半导体探测器，注入阿尔法放射性核素，可以根据内部阿尔法放射性获取阿尔法粒子的能谱，对半导体探测器的刻度系数进行调整，以实时修正半导体探测器的能量漂移，有效解决由于外界因素导致半导体探测器能量漂移引起的误差，提高半导体探测器的探测精度。
（3）本发明半导体探测器，注入阿尔法放射性核素，能够根据是否探测到阿尔法粒子的能谱，判断半导体探测器是否正常工作，解决半导体探测器远程工作的监测问题。
附图说明
图1为本发明实施例所述肖特基型半导体探测器的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例所述SiC半导体探测器阿尔法放射性核素注入位置与基底层上表面距离与SiC半导体探测器能探测到阿尔法粒子能量的关系示意图；
图3为本发明实施例所述SiC半导体探测器阿尔法放射性核素注入位置与基底层上表面距离为10微米时探测到的阿尔法粒子能谱示意图；
图4为本发明实施例所述PIN型半导体探测器的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例所述Si半导体探测器阿尔法放射性核素注入位置与N区域层上表面距离与Si半导体探测器能探测到阿尔法粒子能量的关系示意图；
图6为本发明实施例所述Si半导体探测器阿尔法放射性核素注入位置与N区域层上表面距离为10微米时探测到的阿尔法粒子能谱示意图；
图7为注入的241Am核素数目与零时刻计数率的关系示意图；
图8为注入0.4微库仑241Am，自刻度时计数率随时间的变化关系示意图。
图中，1、金属层，2、基底层，3、缓冲层，4、灵敏层，5、肖特基接触层，6、第一金属层，7、N区域层，8、I区域层，9、P区域层，10、第二金属层。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
针对现有半导体探测器在实际测量中，一些测量条件不允许直接通过放射源进行能量刻度导致最终得到的测量结果不准确。本发明提供了一种半导体探测器，包括灵敏区域和非灵敏区域，在所述非灵敏区域注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述非灵敏区域到达所述灵敏区域，并完全沉积在所述灵敏区域。通过注入阿尔法放射性核素，使半导体探测器能够进行能量自刻度及自校准，提高半导体探测器的测量准确性，还可以进行工作状态检测，解决半导体探测器远程工作的监测问题。
在一些实施例中，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素向四周发射的阿尔法粒子无法逃逸出所述半导体探测器，使得探测器本身是无放射性的。
在一些实施例中，对注入的阿尔法放射性核素数目进行控制。具体的，通过控制注入阿尔法放射性核素的计数率控制阿尔法放射性核素数目，将注入阿尔法放射性核素的计数率控制在10-100个/s，可以是20个/s、40个/s、50个/s、60个/s、80个/s不等，具体可以根据实际需求进行限定。需要说明的是，注入阿尔法放射性核素的数目控制着能量自刻度时的计数率，过低的计数率会导致能量自刻度所需要的时间过长，而过高的计数率则会给实际半导体探测器本身的测量带来影响。以注入具有阿尔法放射性的241Am核素为例，241Am的半衰期为432年，为达到初始计数率为100/s，同时考虑到阿尔法粒子出射的立体角，则需要注入241Am数目为 1.2*1012个，约为0.4微库仑。注入的241Am核素数目与零时刻计数率的关系参见图7，注入0.4微库仑241Am，自刻度时计数率随时间的变化关系参见图8。
以下结合附图和实施例对上述半导体探测器进行详细说明。
图1所示为本发明实施例提供的一种肖特基型半导体探测器，所述肖特基型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的金属层1、基底层2、缓冲层3、灵敏层4和肖特基接触层5，所述基底层2为非灵敏区域，所述灵敏层4为灵敏区域，在所述基底层2注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述基底层2到达所述灵敏层4，并完全沉积在所述灵敏层4。同时，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素向四周发射的阿尔法粒子无法逃逸出所述肖特基型半导体探测器，使得探测器本身是无放射性的。
具体地，在一具体实施方式中，在向所述基底层2注入阿尔法放射性核素时，从最下方的金属层1注入，穿过所述金属层1完全沉积在所述基底层2中。
具体地，在一具体实施方式中，注入基底层的阿尔法放射性核素与基底层上表面的距离控制在18μm内，例如：5μm、10μm、15μm等，具体根据实际情况设置。
具体地，在一具体实施方式中，对注入的阿尔法放射性核素数目进行控制。具体的，通过控制注入阿尔法放射性核素的计数率控制核素数目，将注入核素的计数率控制在10-100个/s，可以是20个/s、40个/s、50个/s、60个/s、80个/s不等，具体可以根据实际需求进行限定。需要说明的是，注入阿尔法放射性核素的数目控制着能量自刻度时的计数率，过低的计数率会导致能量自刻度所需要的时间过长，而过高的计数率则会给实际半导体探测器本身的测量带来影响。以注入具有阿尔法放射性的241Am核素为例，241Am的半衰期为432年，为达到初始计数率为100/s，同时考虑到阿尔法粒子出射的立体角，则需要注入241Am数目为 1.2*1012个，约为0.4微库仑。注入的241Am核素数目与零时刻计数率的关系参见图7，注入0.4微库仑241Am，自刻度时计数率随时间的变化关系参见图8。
具体地，以注入具有阿尔法放射性的241Am核素为例，注入后241Am核素与基底层上表面的距离控制在18μm内（参见图2），具体以10μm为例，得到的阿尔法粒子能谱参见图3，该能谱可以用于肖特基型半导体探测器的能量自刻度。在实际肖特基型半导体探测器工作过程中，该能谱可以用于实时调整肖特基型半导体探测器的刻度系数，以修正肖特基型半导体探测器能量漂移，该能谱还可以用于监测肖特基型半导体探测器是否正常响应，工作正常。
本发明实施例上述肖特基型半导体探测器，进行能量自刻度的方法为：在无外界放射源的情况下，获取注入在肖特基型半导体探测器基底层的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子，得到所述阿尔法粒子能谱，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述肖特基型半导体探测器的能量刻度。
具体地，在一具体实施方式中，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述肖特基型半导体探测器的能量刻度的具体方法为：在注入到所述肖特基型半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素的位置已知条件下，通过Geant4模拟软件得到阿尔法粒子模拟能谱，调整所述阿尔法粒子能谱的刻度系数，使所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致，则所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致时的刻度系数即为所述肖特基型半导体探测器的能量刻度。
具体地，在另一具体实施方式中，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述肖特基型半导体探测器的能量刻度的具体方法为：利用阿尔法放射源（例如：241Am、239Pu等）对肖特基型半导体探测器进行能量刻度，得到一组能量刻度系数，利用该组能量刻度系数对由所述注入阿尔法放射性核素所产生的阿尔法粒子能谱进行能量刻度，得到阿尔法粒子能谱的能量刻度系数，所述阿尔法粒子能谱的能量刻度系数即为所述肖特基型半导体探测器的能量刻度。以阿尔法粒子能谱的能量刻度系数为依据，实现肖特基型半导体探测器的能量自刻度。
通过上述能量自刻度方法，能够对肖特基型半导体探测器的刻度系数进行实时修正，有效解决由于外界因素导致肖特基型半导体探测器能量漂移引起的误差。
本发明实施例上述肖特基型半导体探测器，进行状态监测的方法为：在所述肖特基型半导体探测器工作时，探测注入在所述肖特基型半导体探测器基底层的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子能谱；若探测到阿尔法粒子能谱，则说明所述肖特基型半导体探测器工作正常，处于正常工作状态；若探测不到阿尔法粒子能谱，则说明所述肖特基型半导体探测器发生故障，已停止响应，处于故障状态。通过上述监测方法能够判断肖特基型半导体探测器是否正常工作，解决了肖特基型半导体探测器远程工作的监测问题。在探测不到外部放射源的情况下，能根据是否探测到阿尔法粒子能谱判断肖特基型半导体探测器是否工作正常，避免了因肖特基型半导体探测器探测不到外部放射源时，无法获知肖特基型半导体探测器是否工作正常的问题。
图4所示为本发明实施例提供的一种PIN型半导体探测器，所述PIN型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的第一金属层6、N区域层7、I区域层8、P区域层9和第二金属层10，所述N区域层7为非灵敏区域，所述I区域层8为灵敏区域，在所述N区域层7注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述N区域层7到达所述I区域层8，并完全沉积在所述I区域层8。同时，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素向四周发射的阿尔法粒子无法逃逸出所述PIN型半导体探测器，使得探测器本身是无放射性的。具体地，在一具体实施方式中，在向所述N区域层7注入阿尔法放射性核素时，从最下方的第一金属层6注入，穿过所述第一金属层6完全沉积在所述N区域层7中。
具体地，在一具体实施方式中，注入N区域层的核素与N区域层上表面的距离控制在28μm内，例如：5μm、10μm、15μm、20μm、25μm等，具体根据实际情况设置。
具体地，在一具体实施方式中，对注入的阿尔法放射性核素数目进行控制。具体的，通过控制注入阿尔法放射性核素的计数率控制核素数目，将注入核素的计数率控制在10-100个/s，可以是20个/s、40个/s、50个/s、60个/s、80个/s不等，具体可以根据实际需求进行限定。需要说明的是，注入阿尔法放射性核素的数目控制着能量自刻度时的计数率，过低的计数会导致能量自刻度需要时间过长，过高的计数则会给实际半导体探测器测量带来影响。以注入具有阿尔法放射性的241Am核素为例，241Am的半衰期为432年，为达到初始计数率为100/s，同时考虑到阿尔法粒子出射的立体角，则需要注入241Am数目为 1.2*1012个，约为0.4微库仑。注入的241Am核素数目与零时刻计数率的关系参见图7，注入0.4微库仑241Am，自刻度时计数率随时间的变化关系参见图8。
具体地，以注入具有阿尔法放射性的241Am核素为例，注入后241Am核素与N区域层上表面的距离控制在28μm内（参见图5），具体以10μm为例，得到的阿尔法粒子能谱参见图6，该能谱可以用于PIN型半导体探测器的能量自刻度。在实际PIN型半导体探测器工作过程中，该能谱可以用于实时调整PIN型半导体探测器的刻度系数，以修正PIN型半导体探测器能量漂移，该能谱还可以用于监测PIN型半导体探测器是否正常响应，工作正常。
本发明实施例上述PIN型半导体探测器，进行能量自刻度的方法为：在所述PIN型半导体探测器工作时，在无外界放射源的情况下，获取注入在PIN型半导体探测器基底层的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子，得到所述阿尔法粒子能谱，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述PIN型半导体探测器的能量刻度。
具体地，在一具体实施方式中，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述PIN型半导体探测器的能量刻度的方法为：在注入到所述PIN型半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素的位置已知条件下，通过Geant4模拟软件得到阿尔法粒子模拟能谱，调整所述阿尔法粒子能谱的刻度系数，使所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致，则所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致时的刻度系数即为所述PIN型半导体探测器的能量刻度。
具体地，在另一具体实施方式中，利用阿尔法放射源（例如：241Am、239Pu等）对PIN型半导体探测器进行能量刻度，得到一组能量刻度系数，利用该组能量刻度系数对由所述注入阿尔法放射性核素所产生的阿尔法粒子能谱进行能量刻度，得到阿尔法粒子能谱的能量刻度系数，所述阿尔法粒子能谱的能量刻度系数即为所述PIN型半导体探测器的能量刻度。以阿尔法粒子能谱的能量刻度系数为依据，实现PIN型半导体探测器的能量自刻度。
上述能量自刻度方法，能够对PIN型半导体探测器的刻度系数进行实时修正，有效解决由于外界因素导致PIN型半导体探测器能量漂移引起的误差。
本发明实施例上述PIN型半导体探测器，进行状态监测的方法为：在所述PIN型半导体探测器工作时，探测注入在所述PIN型半导体探测器基底层的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子能谱；若探测到阿尔法粒子能谱，则说明所述PIN型半导体探测器工作正常，处于正常工作状态；若探测不到阿尔法粒子能谱，则说明所述PIN型半导体探测器发生故障，已停止响应，处于故障状态。通过上述监测方法能够判断PIN型半导体探测器是否正常工作，解决了PIN型半导体探测器远程工作的监测问题。
需要说明的是，在一些测量环境（例如：深空探测）中，现有半导体探测器，探测不到外部放射源的情况下，不能确定半导体探测器是否工作正常。上述PIN型半导体探测器在非灵敏区域注入阿尔法放射性核素，在所述PIN型半导体探测器工作时，在无外界放射源的情况下，能够探测到阿尔法粒子能谱。在探测不到外部放射源的情况下，能根据是否探测到阿尔法粒子能谱判断PIN型半导体探测器是否工作正常，避免了因PIN型半导体探测器探测不到外部放射源时，无法获知PIN型半导体探测器是否工作正常的问题。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体探测器，其特征在于，包括灵敏区域和非灵敏区域，在所述非灵敏区域注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述非灵敏区域到达所述灵敏区域，并完全沉积在所述灵敏区域。
2.如权利要求1所述的半导体探测器，其特征在于，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素向四周发射的阿尔法粒子无法逃逸出所述半导体探测器。
3.如权利要求1或2任一所述的半导体探测器，其特征在于，所述半导体探测器为肖特基型半导体探测器，所述肖特基型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的金属层、基底层、缓冲层、灵敏层和肖特基接触层，所述基底层为非灵敏区域，所述灵敏层为灵敏区域，在所述基底层注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述基底层到达所述灵敏层，并完全沉积在所述灵敏层。
4.如权利要求3所述的半导体探测器，其特征在于，在向所述基底层注入阿尔法放射性核素时，从最下方的金属层注入，穿过所述金属层完全沉积在所述基底层中。
5.如权利要求1或2任一所述的半导体探测器，其特征在于，所述半导体探测器为PIN型半导体探测器，所述PIN型半导体探测器包括由下到上依次顺序叠放的第一金属层、N区域层、I区域层、P区域层和第二金属层，所述N区域层为非灵敏区域，所述I区域层为灵敏区域，在所述N区域层注入阿尔法放射性核素，所述阿尔法放射性核素的位置使所述阿尔法放射性核素发射出的阿尔法粒子能够穿过所述N区域层到达所述I区域层，并完全沉积在所述I区域层。
6.如权利要求5所述的半导体探测器，其特征在于，在向所述N区域层注入阿尔法放射性核素时，从最下方的第一金属层注入，穿过所述第一金属层完全沉积在所述N区域层中。
7.一种如权利要求书1或2任一所述半导体探测器的自刻度方法，其特征在于，在无外界放射源的情况下，获取注入在半导体探测器非灵敏区域的阿尔法放射性核素发射的阿尔法粒子，得到所述阿尔法粒子能谱，基于所述阿尔法粒子能谱进行所述半导体探测器的能量刻度。
8.如权利要求7所述的半导体探测器，其特征在于，基于所述阿尔法粒子能谱调整所述半导体探测器的刻度系数的方法为：基于所述阿尔法粒子能谱进行所述半导体探测器的能量刻度的方法为：在注入到所述半导体探测器非灵敏区域的核素的位置已知条件下，通过Geant4模拟软件得到阿尔法粒子模拟能谱，调整所述阿尔法粒子能谱的刻度系数，使所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致，则所述阿尔法粒子能谱与所述阿尔法粒子模拟能谱一致时的刻度系数即为所述半导体探测器的能量刻度。
9.如权利要求7所述的半导体探测器，其特征在于，基于所述阿尔法粒子能谱调整所述半导体探测器的刻度系数的方法为：利用阿尔法放射源对半导体探测器进行能量刻度，得到一组能量刻度系数，利用该组能量刻度系数对由所述注入阿尔法放射性核素所产生的阿尔法粒子能谱进行能量刻度，得到阿尔法粒子能谱的能量刻度系数，所述阿尔法粒子能谱的能量刻度系数即为所述半导体探测器的能量刻度。
10.一种如权利要求书1或2任一所述半导体探测器的状态监测方法，其特征在于，在所述半导体探测器工作时，探测注入在所述半导体探测器非灵敏区域的核素发射的阿尔法粒子；若探测到阿尔法粒子，则说明所述半导体探测器工作正常，处于正常工作状态；若探测不到阿尔法粒子，则说明所述半导体探测器发生故障，已停止响应，处于故障状态。
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Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101911255A (zh) * 2007-11-13 2010-12-08 瓦里安半导体设备公司 利用粒子束的薄膜材料处理方法
US20120132814A1 (en) * 2007-02-26 2012-05-31 Irving Weinberg Radiation detection device, system and related methods
CN103424768A (zh) * 2012-05-25 2013-12-04 同方威视技术股份有限公司 一种用于探测器系统的增益稳定装置及其控制方法
CN104583760A (zh) * 2012-02-21 2015-04-29 麻省理工学院 光谱仪装置
CN104843198A (zh) * 2015-04-03 2015-08-19 湘潭大学 一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料及其制成的推进装置和莲子推进器
CN205452319U (zh) * 2016-03-29 2016-08-10 成都晶威科技有限公司 一种核辐射探测器
US20170221739A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Metrology system and measurement method using the same
CN107257932A (zh) * 2015-08-24 2017-10-17 Ftlab 株式会社 利用双探针结构的电离箱以及差分放大器的阿尔法粒子检测装置
KR101786949B1 (ko) * 2016-06-24 2017-11-15 한국원자력연구원 현장 측정 기술을 이용한 방사선원의 매립 깊이 도출 방법 및 이를 이용한 방사선원의 방사능 도출 방법
DE102016219250A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Siemens Healthcare Gmbh Kalibrieren eines Strahlendetektors
US20200119207A1 (en) * 2018-10-14 2020-04-16 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Current generation from radiation with diamond diode-based devices for detection or power generation
CN111416016A (zh) * 2020-03-30 2020-07-14 西安交通大学 一种用于核辐射粒子探测的异质结晶体管探测器及其制备方法
CN112635580A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中国科学院国家空间科学中心 一种用于空间粒子探测的硅半导体传感器
CN114518589A (zh) * 2022-01-28 2022-05-20 西北核技术研究所 基于厚放射源实现气体正比探测器能量刻度的方法
KR102514258B1 (ko) * 2022-03-25 2023-03-27 큐알티 주식회사 알파입자를 포함하는 빔을 이용한 반도체 소자의 검사 장치

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120132814A1 (en) * 2007-02-26 2012-05-31 Irving Weinberg Radiation detection device, system and related methods
CN101911255A (zh) * 2007-11-13 2010-12-08 瓦里安半导体设备公司 利用粒子束的薄膜材料处理方法
CN104583760A (zh) * 2012-02-21 2015-04-29 麻省理工学院 光谱仪装置
CN103424768A (zh) * 2012-05-25 2013-12-04 同方威视技术股份有限公司 一种用于探测器系统的增益稳定装置及其控制方法
CN104843198A (zh) * 2015-04-03 2015-08-19 湘潭大学 一种阿尔法粒子级联衰变的放射性材料及其制成的推进装置和莲子推进器
CN107257932A (zh) * 2015-08-24 2017-10-17 Ftlab 株式会社 利用双探针结构的电离箱以及差分放大器的阿尔法粒子检测装置
US20170221739A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Metrology system and measurement method using the same
CN205452319U (zh) * 2016-03-29 2016-08-10 成都晶威科技有限公司 一种核辐射探测器
KR101786949B1 (ko) * 2016-06-24 2017-11-15 한국원자력연구원 현장 측정 기술을 이용한 방사선원의 매립 깊이 도출 방법 및 이를 이용한 방사선원의 방사능 도출 방법
DE102016219250A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Siemens Healthcare Gmbh Kalibrieren eines Strahlendetektors
US20200119207A1 (en) * 2018-10-14 2020-04-16 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Current generation from radiation with diamond diode-based devices for detection or power generation
CN111416016A (zh) * 2020-03-30 2020-07-14 西安交通大学 一种用于核辐射粒子探测的异质结晶体管探测器及其制备方法
CN112635580A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中国科学院国家空间科学中心 一种用于空间粒子探测的硅半导体传感器
CN114518589A (zh) * 2022-01-28 2022-05-20 西北核技术研究所 基于厚放射源实现气体正比探测器能量刻度的方法
KR102514258B1 (ko) * 2022-03-25 2023-03-27 큐알티 주식회사 알파입자를 포함하는 빔을 이용한 반도체 소자의 검사 장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. KRUMREY AND E. TEGELER: ""Self-calibration of semiconductor photodiodes in the soft x-ray region"", 《AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS》, 16 July 1991 (1991-07-16), pages 797 - 801 *
姚馨博: ""CdTe探测器能量刻度与探测效率的模拟计算"", 《计量学报》, vol. 38, no. 3, 26 March 2017 (2017-03-26), pages 372 - 375 *

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