无机闪烁晶体

无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介

无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介

一无机闪烁晶体

1 闪烁晶体与辐射探测

X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射出来或射线直接被探测器接收而形成影像。所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件：

<1>对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。

<2>具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。

<3>在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。

<4>较短的发光衰减时间（时间分辨好）。

<5>发射光与光探测元件光谱响应相匹配。

<6>较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。

<7>较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。

<8>易于加工成各种形状和尺寸。

<9>较好的化学稳定性（不吸潮）。

现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、

BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce

（Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。

2 无机闪烁晶体特性及应用领域

NaI和BGO是目前应用较多的闪烁晶体，NaI(Tl)光输出大。对NaI(Tl)光输出的界定是以最早的塑料闪烁体--蒽（C14H10）

来标定，相对于蒽，NaI(Tl)的相对光输出为230%。

NaI(Tl) 晶体密度较低（3.65g/cm3）， BGO有较高的密度（7.13g/cm3），但光输出较低（只有NaI(Tl)的8%）。现处于较前沿的闪烁晶体有：GSO(Ce)、YAP (Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。这些晶体光输出较高，如LSO(Ce)约为NaI(Tl)的75%，且衰减时间快、密度高。因其优良的性能，尽管造价昂贵，但仍不失为高能探测的理想材料。

2.1碘化钠NaI(Tl)晶体

NaI(Tl)晶体的发光效率在所有与光电倍增管耦合的闪烁晶体中是最高的，光产额为38000 (光子数/MeVγ)，其余晶体的发光效率常以其相对于NaI(Tl)的百分数来表示。NaI(Tl)因具有很高的光产额且受温度的影响相对较小（可在170℃时使用），且成本低廉，所以较早应用于地质勘探及核医学中作为探测X射线、γ射线的敏感元件，迄今仍在广泛使用。

常见有NaI(Tl)单晶及热锻NaI(Tl)闪烁晶体，Table .1为NaI(Tl)单晶及热锻NaI(Tl)闪烁晶体性能。

Table .1 Scintillation Properties of NaI(Tl) and POLYSCIN NaI(Tl) Crystal

2.1.1 NaI(Tl)单晶

NaI(Tl)单晶是以NaI为基质材料掺以适当浓度的TlI生长而成的闪烁晶体材料。Fig.1是NaI(Tl)晶体的发光光谱，其最大发射波长在415nm，可以与光电倍增管的光阴极很好的匹配。Fig.2表示了温度对晶体光输出的影响。可以看出，相对于CsI和BGO晶体，NaI(Tl)在高温时具有更高的发光强度，这使其在环境温度较高的场合有更强的适应性，例如油井或空间探测。NaI(Tl)晶体易受辐射损伤，若长时间暴露在高强度的辐照下则会降低其闪烁性能，一般在射线强度高于102rad时就会观察到辐射损伤。所以晶体不要暴露在来自荧光灯或太阳光的紫外线辐照下。

2.1.2 热锻NaI(Tl)闪烁晶体

热锻NaI(Tl)晶体是以NaI(Tl)单晶为毛坯，在一定的温度和压力下通过塑性形变而成。晶体在发生塑性形变后，由于位错的不断交互和增殖，形成了位错多边化和亚晶粒结构，改善了原单晶易沿（100）面解理的特性，从而提高了其抗冷热冲击和机械震动的能力，而闪烁性能却不受影响。此外，通过热锻工艺更易于制备各种复杂几何形状和大尺寸的晶体，如六边形、正方形、矩形等晶体器件以及长度超过200mm的晶体。目前热锻NaI(Tl)已广泛应用于空间研究、石油测井、地质勘探及核医学等领域。在探测仪器下井过程中，由于井深及地质情况复杂和不同探测条件的要求，晶体还必须具有较好的抗震等机械特性，尤其是在有冲击环境下的测井，晶体的抗震要求更高。抗震性晶体的研制在这个领域里有较大的发展前景。但NaI(Tl)密度较低（3.65g/cm3）易于潮解，衰减较慢（230ns），在高能探测时无优势。

2.1.3主要性能指标

（a）能量分辨率

NaI(Tl)晶体测试图谱

N 入射线能量E0

N/2

ΔV

O V0 V

Fig.3 放射源137Cs

对于一定能量E0的入射线，探测器输出信号的幅度是服从统计规律的，它围绕V0呈Fig.3分布。横坐标表示输出光子的信号幅度，纵坐标表示相应幅度时的对应计数率。希望在V0处这个曲线分布越窄越好，这样越能将能量相近的两种射线分开。通常用能量分辨率R来表示闪烁体对射线的分辨能力，R=(ΔV/ V0)×100%。对于NaI(Tl)晶体，它对不同能量的射线其分辨率并不是一个常数，通常所说的能量分辨率是指对于137Cs峰(0.66Mev)而言（如Fig.3所示），NaI(Tl)晶体137Cs的分辨率一般在7—11%之间，其百分数越小晶体分辨率越高，但随晶体长径比增大，能量分辨率会有所下降，不同的应用场合，晶体长径比有不同的要求。能量分辨率与晶体质量（透明性、均匀性）、晶体尺寸、封装质量、使用

温度等都有关系，这个指标在进行射线能量测试时很重要。

（b ）计数率

在一定时间内（一般为100秒），闪烁体发出的光子数称为计数率，在进行射线强度测量时常要求此指标。计数率主要

与晶体尺寸有关，尺寸越大计数率越高。

（c）发光效率

发光效率指闪烁体将所吸收的核辐射能量转变为光的本领，实际测试场合中采用与标准闪烁体相比较的相对值（百分数）来表示。NaI(Tl)晶体的发光效率在所有与光电倍增管耦合的闪烁晶体中是最高的，故常将其作为100%。其余晶体的发光效率均以其相对于NaI(Tl)的百分数来表示，如CsI(Tl)的发光效率为45%, CsI(Na)的发光效率为85%。绝对光输出指晶体相对于1MeV所发出光子的数目，如Table .1中的38000 (光子数/MeVγ)。

2.1.4晶体封装

NaI(Tl)晶体易潮解，必须密封使用。封装是防止晶体潮解并保证光子能从一个端面透出，这就需要解决晶体和玻璃窗

之间的耦合问题，以实现晶体的最大光输出。

Fig.4 Schematic diagram of encapsulating the crystal

1.window

2.coupling

3.reflecting matter

这样对玻璃窗、耦合材料、晶体三者之间的材料性能都有一定的匹配要求。封装质量的好坏，直接影响到晶体的闪烁性

能，Fig.4是NaI(Tl)晶体的封装简图。

2.1.5 主要规格：

端窗圆柱系列：φ19mm×200mm ～φ64mm×300mm

异形晶体：三角柱、四方柱、六棱柱等。

薄片晶体：φ1mm×3mm ～φ170mm×20mm

侧窗圆柱系列：φ37mm×120mm ～φ50mm×150mm

2.1.6 产品性能特点

1 能量分辨率

晶体尺寸Φ20mm×50mm，Cs137能量分辨率6.5%～8%

晶体尺寸Φ50mm×300mm，Cs137能量分辨率8.5%～12%。能量分辨率均匀性〈4%。

2 探测效率

晶体直径>40 mm的闪烁体，探测效率>10%；

晶体直径<40 mm的闪烁体，探测效率> 5%。

3 闪烁体本底计数<180/秒。

4晶体使用温度： 120℃~175℃。

2.2 碘化铯（CsI）系列闪烁晶体

CsI闪烁晶体可分为Tl激活、Na激活和纯碘化铯三种，它们均为无色透明的立方晶体。CsI(Tl)晶体的光输出可达NaI(Tl)晶体的45%，发光主峰位在550nm（如Fig.5所示），能与硅光电二极管很好地匹配，显示系统简化。它的衰减时间与入射粒子的电离本领有关，特别适宜于在强γ辐射本底下探测重带电粒子。另外，掺铊碘化铯晶体抗热冲击能力强，并

具有一定的可塑性，易于加工成不同形状的探测单元。CsI(Na)的发光效率与NaI(Tl) 接近，发射光谱的主峰位在420nm，更容易与光电倍增管配合，温度效应好，适合于在高温环境和空间科学研究中使用。它的缺点是在低能(20keV)下发光效率很快下降，潮解作用比CsI(Tl)厉害。纯CsI晶体发射光谱中含有一个波长在305nm的快分量(10ns) 和波长350nm-600nm附近的慢分量(100 ns -4000ns) 。通过对慢分量的抑制，快/慢分量比可以达到4倍，总的光输出可达NaI:Tl

的4%-5%。

Table.2 Scintillation Properties of CsI(Tl),CsI(Na),undoped CsI Crystal

CsI(Tl)闪烁体，因不潮解、密度高（相对NaI(Tl)）、平均原子序数大、辐照硬度高，所以对射线的阻挡能力强、对能量相对高的γ射线的探测效率较高。在γ射线能量低于5Mev左右、环境要求比较苛刻的条件下使用CsI(Tl)代替NaI(Tl)晶体，在给定的某一峰总比下，可以使用较小尺寸的CsI晶体。非杂质激活的CsI晶体，适合于探测低能γ射

线或带电粒子。

2.2.1主要规格：

端窗圆柱系列：φ15mm×200mm ～φ64mm×300mm

薄片晶体：φ1mm×3mm ～φ170mm×20~100mm

2.2.2 产品性能特点

晶体尺寸Φ50mm×300mm，Cs137能量分辨率7.5%～10%。

晶体使用温度： 120℃~175℃。

2.3锗酸铋BGO（Bi3Ge4O12）晶体

BGO是一种具有立方结构、无色透明的无机氧化物晶体，它不潮解，在高能射线激发下能发出峰值为波长480nm的荧光，与NaI(Tl)发光波长接近。对光电倍增管和电子线路无更复杂的特殊要求。 BGO的发光摆脱了杂质激活剂分布的非均匀性影响，且有较高的密度（7.13g/cm3）和短的辐照长度，对γ射线的吸收系数是NaI(Tl)的2.5倍左右，所以在探测器效率相同时，BGO的尺寸比NaI(TL)可减少60%，整体几何体积可减少90%左右。Table. 3为Bi3Ge4O12闪烁晶体性能。

Table.3 Scintillation Properties of BGO Crystal

Density (g/cm3) 7.13

Melting point (℃) 1050

Parameter of crystal cell (A) 10.518

Refractive index 2.15

Radiation length (cm) 1.1

Peak of fluorescence spectra (nm) 480

Decay time (ns) 300

Light output relative to Nal(Tl) (%) 10-14

Energy resolution (511 Kev,%) 20

BGO晶体可用于任何空间有限、要求对γ射线阻止大的高能γ辐射探测场合，由于吸收系数高、余辉低，BGO晶体特别适合于X射线断层照相、工业CT用。目前，大量使用BGO晶体的领域已从高能物理逐渐转为核医学成像，是PET首选

闪烁晶体。

2.3.1主要规格：

端窗圆柱系列：φ10mm×200mm ～φ64mm×300mm

薄片晶体：φ1mm×3mm ～φ120mm×20~100mm

2.4氟化钡(BaF2)晶体

BaF2既具有较宽的透光范围（190 nm -1200 nm）和较高的透光率，又具有良好的闪烁性能，吸水性小且折射率在很宽的温度范围内变化不大，是一种品质优良的激光窗口材料。做为闪烁体其发射峰中含有峰值波长为180nm-240nm的快分量和峰值波长为310nm的慢分量发光成分，其中快分量衰减时间0.6ns，慢分量620ns。而且它们的发光强度与温度无关，这是迄今为止衰减速度最快的闪烁体。Table. 4为BaF2闪烁晶体性能。

Table.4 Scintillation Properties of BaF2 Crystal

BaF2晶体是一种纯晶体，在α、β、γ射线的作用下能产生闪烁发光，在闪烁应用中，最重要的特性是兼有无机闪烁体对γ射线的高探测效率、输出脉冲幅度中有光电峰及有机闪烁体的快时间特性。由于快成分脉冲可以用于精密的时间测量，得到很高的时间分辨率，所以可在高能物理和医学应用中做为正电子湮灭技术研究的良好材料。而快速闪烁效应和

高的抗辐照能力适合于在大型粒子加速器上作探测应用。

2.5钨酸铅（PbWO4）晶体

PWO晶体是一种新型闪烁晶体，它具有密度高8.28 g/cm3，辐射长度短0.92 cm，辐照硬度大106rad，衰减常数小6/30 ns，价格相对适中和性能兼顾的特点，是一种很有发展前景的高阻止本领辐射探测材料。

Table.5 Scintillation Properties of PbWO4 Crystal

由Table.5可知：尽管PbWO4晶体的发光效率比较低（相当于NaI(Tl)0.5%），但因衰减时间很短（只有几个ns），是目前已知的闪烁晶体中衰减时间短、抗辐照损伤能力最强的闪烁晶体，且因有密度高8.28 g/cm3，兼有高阻止本领和较理想闪烁性能，从而可使探测器的体积大为缩小，所以仍不失为高能物理、核物理方面的良好辐射探测材料。国内上海硅酸盐研究所（SIC）和北京玻璃研究院（BGRI）对该晶体研究较深入。

2.6高密度、快衰减闪烁晶体

这类闪烁体简单来说有：硅酸钆GSO:Ce（Gd2Si2O5:Ce）、铝酸钇YAP:Ce（Y AlO3:Ce）、硅酸镥LSO（Lu2Si2O5:Ce）等。

Table.6为这类闪烁体的闪烁性能。

Table.6 Scintillation Properties of GSO:Ce、YAP:Ce、LSO:Ce Crystal

从Table.6可见：这类闪烁体主要是掺Ce3+的稀土硅（铝）酸盐，发射峰在390nm—440nm之间，有高密度5.35 g/cm3—7.41 g/cm3 、低辐照长度1.83 cm—1.14 cm、快衰减35 ns—40 ns的特点，相对于NaI(Tl)晶体，具有较高的光输出（30 %—75 %）、不潮解、不节理的优良特性。这些晶体光输出较高、衰减时间快、密度高，故对射线的探测效率较高。如：LSO(Ce)约为NaI(TL)的75%、衰减时间快（40ns）、密度为7.41g/cm3。可这些晶体的熔点都较高（LSO(Ce) 的熔点为2040℃），生长难度大、所用设备较复杂，所以离产业化还有一定的距离。但因其优良的性能，尽管其造价昂贵，但仍不失为高能量（~TeV级甚至更高）辐射研究的理想材料。近年来，欧洲核子中心，美国直线加速中心等都在研究各种高能工程实验，这些高能闪烁体已被各研究单位给予极大的关注。我国上硅所、上海光机所等单位目前已在做这方面的研究工作。这种闪烁体的应用，设法降低成本、改进技术是推广应用必须要考虑的问题。

二塑料闪烁体

见附件文章：《塑料闪烁体耐辐照性能研究》

作者：汲长松；北京核仪器厂

塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固容体，一般由基质闪烁物质及移波剂组成。基质材料多是聚苯乙烯等闪烁物质，移波剂的作用是把闪烁光有效的快速传输及延长。塑料闪烁体不是晶体，只是有机闪烁体，可用于快中子、质子、宇宙射线几裂变碎片等的探测。它容易制备大体积的透明体，且容易加工成各种形状，并具有不潮解、耐辐照、闪烁衰减时间短、价格低的优点。

注: 可根据用户的特殊需要制造各种尺寸的塑料闪烁体.

中远红外探测器发展动态

中远红外探测器发展动态 1 红外光电探测器的的历史 红外探测成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用按照探测过程的物理机理，红外探测器可分为两类即热探测器和光电探测器。光电探测器的工作原理是目标红外辐射的光子流与探测器材料相互作用，并在灵敏区域产生内光电效应。因具有灵敏度高、响应速度快的优点，光电探测器在预警、精确制导、火控和侦察等红外探测系统中得到广泛应用。 红外焦平面阵列可探测目标的红外辐射，通过光电转换、电信号处理等手段，可将目标物体的温度分布图像转换成视频图像，是集光、机、电等尖端技术于一体的红外光电探测器H。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。红外光电探测器研究从第一代开始至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代。第一代(1970s～1980s)主要是以单元、多元器件进行光机串／并扫描成像，以及以4×288为代表的时间延迟积分(TDI，time delay integration)类扫描型(scanning)红外焦平面列阵。单元、多元探测器扫描成像需要复杂笨重的二维、一维扫描系统结构，且灵敏度低。第二代红外光电探测器是小、中规格的凝视型(staring)红外焦平面列阵。M×N凝视型红外焦平面探测元数从1元、N元变成M×N元，灵敏度也分别从l与N1/2增长M×N1/2倍和M1/2。而且，大规模凝视焦平面阵列，不再需要光机扫描，大大简化整机系统。 目前，正在发展第三代红外光电探测器。探测器具有大面阵、小型化、低成本、双色(two-color)与多色(multi-color)、智能型系统级灵巧芯片等特点，并集成有高性能数字信号处理功能，可实现单片多波段融合高分辨率探测与识别。因此，本文将重点综述三代红外光电探测器的材料体系及其研究现状，并分析未来红外光电探测器的材料选择及发展趋势。 2 三代探测器的材料体系与发展现状 红外光电探测器的材料很多，但真正适于发展三代红外光电探测器，即响应波段灵活可调的双色与多色红外焦平面列阵器件的材料则很少。目前，主要有传统的HgCdTe和QWIPs，以及新型的二类SLs和QDIPs，共四个材料体系。作为

光电探测器调研报告

题目：光电探测器的原理及国内外研究现状 学生姓名：学号： 院（系）：专业：

光电探测器的原理及国内外研究现状 摘要 概述了光电探测器的分类和基本原理，并从材料体系的选择和器件的主要应用等方面阐述了光电探测器国内外研究现状，预测了硅基雪崩光电探测器在军事和激光雷达等方向的应用前景。 关键词：光电探测器；硅基雪崩光电探测器；激光雷达 Principle and Research Statue at Home and Abroad of photoelectric detector Abstract Described the basic principle and assortment of the photoelectric detector. The domestic and abroad research statue from the aspects of material selection and device main applications is summarized. At last the application prospects of silicon-based avalanche photodetector are predicted, such as research on military and laser radar. Keywords: phoroelectric detector；silicon-based avalanche photodetector；laser radar

1 引言 光电探测器的发展历史比较悠久，已有上百年的研究历史。由于这种器件在军事和民用中的重要性，发展非常迅速。随着激光与红外技术的发展，材料性能的改进和制造工艺的不断完善，光电探测器朝这集成化的方向发展。这大大缩小体积、改善性能、降低成本。此外将光辐射探测器阵列与CCD 器件结合起来，可以实现信息的传输也可用于热成像领域。 因此，进一步研究光电探测器是一项重要课题，本文章就从原理及国内外最新的研究状况探索光电探测器领先应用。 2 光电探测器入门 2.1 光电探测器的发展历史 最早用来探测可见光辐射和红外辐射的光辐射探测器是热探测器。其中，热电偶早在1826年就已发明出来【1】。1880年又发明了金属薄膜测辐射计。1947年制成了金属氧化物热敏电阻测辐射热计。1947年又发明了气动探测器。经过多年的改进和发展，这些光辐射探测器日趋完善，性能也有了较大的改进和提高。但是，与光子探测器相比，这些光辐射探测器的探测率仍较低，时间常数也较大。从五十年代开始人们对热释电探测器进行了一系列研究工作，发现它具有许多独特的优点，因此近年来有关热释电探测器的研究工作特别活跃，发展异常迅速。热释电探测器的发展以使得热探测器这个领域大为改观，以致有人估计热释电技术将成为发展电子——光学工业的先导。 应用广泛的光子探测器，除了发展最早、技术上也最成熟、响应波长从紫光到近红外的光电倍增管以外，硅和锗材料制作的光电二极管、铅锡、Ⅲ～Ⅴ族化合物、锗掺杂等光辐射探测器，目前均已达到相当成熟的阶段，器主要性能已接近理论极限。 1970年以后又出现了一种利用光子牵引效应制成的光子牵引探测器。其主要用于CO 2 激光的探测。八十年代中期，出现了利用掺杂的GaAs/AlGaAs材料、基于导带跃迁的新型光探测器——量子阱探测器。这种器件工作于8～12μm波段，工作温度为77K。 2.2 光电探测的分类及原理 光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。 光电探测器的工作原理是基于光电效应【2】。热探测器是用探测元件吸收入射辐射而产生热、造成温升,并借助各种物理效应把温升转换成电量的原理而制成的器件。最常用的有温差电偶、测辐射热计、高莱管、热电探测器。一般来说，热探测器的接收元由于表面涂黑它的光谱响应是无选择性的，它只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此主要应用于红外区和紫外区，但它的响应率较低、响应速度慢、机械强度低，近来由于热电探测器和薄膜器件的发展，上述缺点已有所改进。 光子型探测器，利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成

无机闪烁晶体

无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介 无机闪烁晶体、塑料闪烁体简介 一无机闪烁晶体 1 闪烁晶体与辐射探测 X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射出来或射线直接被探测器接收而形成影像。所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件： <1>对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。 <2>具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。 <3>在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。 <4>较短的发光衰减时间（时间分辨好）。 <5>发射光与光探测元件光谱响应相匹配。 <6>较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。 <7>较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。 <8>易于加工成各种形状和尺寸。 <9>较好的化学稳定性（不吸潮）。 现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) .CsI. CsI(Na) .CsI(Tl) .LiF(Eu) .CaF2(Eu) .CdF2、 BaF2.CeF3 .BGO(Bi3Ge4O12) .ZWO(ZnWO4) .CWO(CdWO)4 .PWO(PbWO4) .GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce) .LAP:Ce(LaAlO3:Ce) .YAP:Ce （Y AlO3:Ce）.LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。 2 无机闪烁晶体特性及应用领域 NaI和BGO是目前应用较多的闪烁晶体，NaI(Tl)光输出大。对NaI(Tl)光输出的界定是以最早的塑料闪烁体--蒽（C14H10） 来标定，相对于蒽，NaI(Tl)的相对光输出为230%。 NaI(Tl) 晶体密度较低（3.65g/cm3）， BGO有较高的密度（7.13g/cm3），但光输出较低（只有NaI(Tl)的8%）。现处于较前沿的闪烁晶体有：GSO(Ce)、YAP (Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。这些晶体光输出较高，如LSO(Ce)约为NaI(Tl)的75%，且衰减时间快、密度高。因其优良的性能，尽管造价昂贵，但仍不失为高能探测的理想材料。 2.1碘化钠NaI(Tl)晶体 NaI(Tl)晶体的发光效率在所有与光电倍增管耦合的闪烁晶体中是最高的，光产额为38000 (光子数/MeVγ)，其余晶体的发光效率常以其相对于NaI(Tl)的百分数来表示。NaI(Tl)因具有很高的光产额且受温度的影响相对较小（可在170℃时使用），且成本低廉，所以较早应用于地质勘探及核医学中作为探测X射线、γ射线的敏感元件，迄今仍在广泛使用。 常见有NaI(Tl)单晶及热锻NaI(Tl)闪烁晶体，Table .1为NaI(Tl)单晶及热锻NaI(Tl)闪烁晶体性能。 Table .1 Scintillation Properties of NaI(Tl) and POLYSCIN NaI(Tl) Crystal

(整理)闪烁晶体市场概况

闪烁晶体市场概况 闪烁体是指在高能粒子或射线(如X射线、γ射线等)的作用下能够发出脉冲光的物体。它是光电功能材料，被广泛用于高能物理、核物理、空间物理、核医学、地质勘探、安全检查以及国防工业等领域。闪烁体在地球物理探矿中有广泛应用，一般通过60Co发出γ射线，通过另一地方接收到的信号就可以分析矿床情况；在石油勘探方面闪烁体发挥着重要作用；在医学领域，利用γ射线制成手术刀，监测γ射线的也是闪烁体；在焊接大型高压容器，宇航设备等无损探伤方面闪烁体也都起着关键作用；在机场安全检查以及货运集装箱的检查中广泛采用闪烁体作为探测器。下图给出了闪烁晶体的产业链及其应用领域。

注： 影像检测医疗器材：如全身正子摄影仪、单光子摄影仪、加马摄影仪、X光摄影仪 医药研究：临床前动物实验摄影仪，如micro-PET、micro-SPECT、micro-CT 农业生技：水果虫害检测、农作物营养吸收与成长等非破坏性检测 工业检测：核能与太阳能等能源工业元件非破坏性检测 安全检测：机场、海关安全检查，货柜安全检查 辐射防护：上述应用区域皆需辐射防护设备，环境监控仪器 图2 LSO:Ce闪烁晶体图片 二、行业基本状况及趋势 目前，闪烁晶体的发展正处于一个新的上升时期。近年来，在高能物理和空间研究、医学成像以及迅猛发展的工业检测和安全检察等众多高技术装备中正在愈来愈多地出现闪烁晶体的身影，闪烁晶体与人们愈走愈近。 国际上，从事闪烁晶体的开发工作的单位很多，如俄罗斯的BTCP，乌克兰的Amcrys-H，法国Crismatec，德国的Korth, Molecular Technology，美国的Bicron，Optovac，Rexon和CTI，英国的Hilger-Crystals，日本的Ohyo Koken Koyo和Shin-EtsuChemical，捷克的Crytur，中国的SIC(上海硅酸盐所)和BGRI(北京玻璃研究院)等。目前，从生产规模上看俄罗斯BTCP和中国上海硅酸盐所处于领先水平。 国内从事闪烁晶体生长和性能研究的单位也很多，但具有批量生产能力的单位却为数不多。近十年来，北京玻璃研究院与上海硅酸盐所联合或各自独立地参与了多项国际高能物理工程，确立了中国在国际闪烁晶体领域的重要地位，并树立了良好的国际形象。 目前大批量生产的多数大尺寸闪烁晶体都是从熔体中生长的，采用的方法有Czochralski法(晶体提拉法)和Bridgnian-Stockbarger(坩埚下降法)。国外主要采用

探测器暗电流综述报告

暗电流形成及其稳定性分析 综述报告 目录 光电探测器基本原理 (2) 1.1 PIN光探测器的工作原理 (2) 1.2雪崩光电二极管工作原理 (3) 暗电流的形成及其影响因素 (4) 2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4) 2.1.2复合电流特性 (5) 2.1.3表面复合电流特性 (5) 2.1.4欧姆电流特性 (5) 2.1.5隧道电流特性 (6) 2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8) 2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10) 2.4温度特性对暗电流影响 (11) 暗电流稳定性分析小结 (12) 参考文献 (13)

光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。。本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。 光电探测器基本原理 光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。 1.1 PIN光探测器的工作原理 在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。 PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。

电缆探测仪的文献综述

东海科学技术学院 毕业论文（设计）文献综述 题目：电缆探测仪器 系： 学生姓名： 专业： 班级： 指导教师： 起止日期：

金属探测仪器 本次设计的主要任务是设计金属探测仪，金属都有个共同特性，即导电性。由于此性质，在当高频电磁波辐射到金属后，引起涡流效应[3]，从而使辐射体的参数变化，如阻抗、等效电感量[9]等变化，再将这些参数的变化转化成电压、电流[11]、音调的变化效果作为输出指示地下电缆探测仪是电缆维护、电缆施工者的必备工具，地下电缆探测仪，它具备电缆探测中的四大功能，地埋电缆探测仪全面满足各项地下电缆探测的全面需求。带电电缆的路径查找及寻踪、运行电缆的路径查找及寻踪、运行电缆的识别和判断、施工过程中的电缆检测、直埋电缆的故障查找、多种方法电缆深度的准确判读。多年来我们通过全国范围的调研、创新型的研发，用最新的方法、独特的技术研制出了地埋电缆探测仪。光/电缆路[8]由探测仪的研制成功填补了我国在电力电缆探测仪方面的空白，地下电缆路由探测仪使电缆探测技术达到了崭新的高度[3]。 使用地下电缆路径仪(地下电缆探测仪)可以轻松解决了带电电缆路径查找的问题.地埋线探测仪还可直接查找50Hz运行电缆的路径。带电的电缆的路径查找是该带电电缆路径仪的一大特点，该地下电力电缆探测仪器可探测各种高压电缆、低压电缆、光缆的路径。将测量耦合夹钳夹住待测的电缆，通过耦合夹钳在目标电缆上直接产生感应信号。此时沿电缆路径即可接收到信号。此种工作方式可以探测电缆深度不小于3.5米，探测电缆长度不小于3公里。 运行电缆路径仪接收机[8]能够探测运行电缆的50Hz频率。这种工作方式对于区分地下带电电缆及带电电缆、不带电的电缆和金属管探测有很实用的用处。将便携式电缆寻踪仪接收机的工作频率选择为50Hz频率。由于这种工作方式快捷而有效，因此十分的实用。在这种方式中，不需要使用发射器。 在道路施工和建筑施工中，对地面进行开挖是经常的事情。但施工方往往不能及时准确地掌握开挖地区内地下管线及电力电缆的位置和深度等相关资料。目前，由于盲目开挖而导致的各种事故屡见不鲜，供水管路的被挖破、电力电缆、光缆被挖断等等，不但给社会生活造成了很大的影响，同时也给施工方造成很多不必要的损失。开挖前对工作区域内地下管线和电缆的探查已经成为一项必不可少的而且非常有价值的工作。电缆路由探测仪是专门针对“开挖前的电缆、光缆、金属管道探测”这一目的而研发。"这里能不能进行开挖?" 作为施工单位,会经常面对这样的问题? 地下电缆探测仪操作简单,地下电缆探测仪可快速探明开挖区域内地下管线的状况,避免盲目开挖带来的不必要的损失.此种工作方式可探测电缆深度不小于2米[15]。 在建设房子和房屋装修,对于电缆的排布也要清楚它的电缆走向,在装修过程中,如果对电缆走向不明确,很容易出现施工过程中电缆被意外切断,造成意外事故。本次设计中就设计一个电缆探测仪,来检查墙壁中的电缆走向,在开关断的电缆接线头输入一个高频,通过一个信号接收器在电缆周围来回移动,接收到的信号强弱来判断电缆的位子,接近电缆信号强,远离电缆则信号弱。 金属探测器有很多种型号，双线圈金属探测器[14]，能耗型金属探测器[7]，频差式金属探测器等本次毕业设计通过对粗略的一些方案进行预测，最后确定一个具体方安，即就是要做的设计，对一个通有高频信号的导线用金属探测器[7]来检测，通过探测电路的信号F1和检测电路信号F2的频差经过放大输出得到一个让人能听到的声音，用耳机接听来判断电缆的位置。。本次设计用到两个振荡电路，即探测电路的电压反馈振荡电路和固定频率信号的方

NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量

NaI(Tl) 闪烁晶体γ能谱测量 实验人：吴家燕学号：15346036 一、实验目的 1、加深对γ射线和物质相互作用的理解； 2、掌握NaI(Tl) γ谱仪的原理及使用方法； 3、学会测量分析γ能谱； 4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线； 5、测定未知放射源的能量和活度。 二、实验原理 1、γ谱仪的组成 NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。图1 为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。 2、射线与闪烁体的相互作用 当γ射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）

康普顿散射；（3）电子对效应。 图2 为示波器上观察到的单能γ射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。图3 是137Cs、22Na 和60Co 放射源的γ能谱。图中标出的谱峰称为全能峰。在γ射 线能区，光电效应主要发生在K 壳层。在击出K 层电子的同时，外层电子填补K 层 空穴而发射X 光子。在闪烁体中，X 光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光 电子。上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非减去该层电 子结合能）。 3、137Cs 能谱分析 4、闪烁谱仪的性能 能量分辨率

探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4 所示。通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即 FWHM，有时也用表示。半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有关，使用相对分辨本领即能量分辨率η更为确切。一般谱仪在线性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即 对于一台谱仪来说，近似地有 对于单晶谱仪来说，能量分辨率是以137Cs 的0.662MeV 单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%。 能量线性刻度曲线 为检查谱仪的能量线性情况，必须利用一组已知能量的γ放射源，测出它们的γ射线在谱中相应的全能峰位置（或道址），然后，作出γ能量对脉冲幅度（或道址）的能量刻度曲线。这个线性关系可用线性方程表示，即 式中x p 为峰位，即道址；E0 为截距，即零道对应的能量；G 为斜率，即每道对应的能量间隔，又称增益。实验中用的γ核素能量列于表2 中。典型的能量刻度曲线如图5 所示。

NaITl闪烁晶体原理

附录一NaI(Tl)闪烁晶体 闪烁体按其化学性质可分为两类：一类是无机晶体闪烁体，通常是含有少量杂质(称为激活剂)的无机盐晶体，如碘化钠(铊激活)单晶体、即NaI(Tl)，碘化铯(铊激活)单晶体、即CsI(Tl)，硫化锌(银激活)、即ZnS(Ag)等；另一类是有机闪烁体，它们都是苯环碳氢化合物。闪烁体的发光机制比较复杂，在此对无机晶体闪烁体的发光机制作一些简要的定性介绍。 无机晶体闪烁体属离子型晶体，原子(离子)之间结合得比较紧密相互之间影响比较大，晶格中原子电子能级加宽成为一系列连续的能带。其中最低能量状态已为电子所填满，故称 为满带；价电子都处于稍高的能量状态，这种能带称为“价带”。若价带未填 满，则在外电场作用下将有净电流产生；若价带已填满，则必须有电子被激 发到更高的能带——导带上去，才能产生电流，此时价带上有一空穴，导带 上有一电子，即产生了一个自由电子——空穴对。价带与导带之间的空隙中 不存在电子能级，称为禁带；禁带有一宽度E g，它和晶体的导电性质密切相 关，导体在0.1eV左右，半导体在0.63—2.5eV之间，无机闪烁体为绝缘透 明物质，E g>3eV，NaI为7.0eV。 也存在另一种情况：在闪烁晶体中产生的电子——空穴对仍束缚着，称 为“激子”，它们在晶格中一起运动，在外电场中无净电流产生，其能带在导带之下，称为“激带”。自由的导带电子和价带空穴可以复合成激子，激子也可以吸收热运动能量变成自由电子——空穴对。 当核辐射进入闪烁体时，既可产生自由电子——空穴对，也可以产生激子。而后电子从导带或激带跃迁到价带，退激过程中放出光子；也存在着竞争过程——非辐射跃迁，即通过放热(晶格振动)退激。 有一点需要指出，纯的NaI晶体不是有效的闪烁体。一是因为相应禁带宽度的光子能量在紫外光围，不是可见光；二是退激发出的光子尚未逸出晶体就会被 晶体自身吸收。为了解决这一问题，在纯晶体中掺入少 量杂质原子(如Tl)，称为“激活剂”，它们成为发光中心， 形成一套激发能级，能量比导带低，而基态却比价带高， 这样跃迁产生的光子能量就比禁带宽度E g小，那么它 就不可能再使价带上的电子激发到导带上去，从而避免 自吸收。 碘化钠闪烁晶体能吸收外来射线能量使原子、分子 电离和激发，退激时发射出荧光光子。NaI(Tl)晶体的密 度较大(ρ=3.67g/cm3)，而且高原子序数的碘占重量的 85%，所以对γ射线的探测效率特别高，同时相对发光效率大；它的发射光谱最强波长为415nm左右，能与光电倍增管的光谱响应较好匹配。此外，晶体的透明性也很好，测量γ射线时能量分辨率也是闪烁体中较好的一种。 一个需要指出的问题是：在闪烁体的选取上要注意闪烁体对所测的粒子要有较大的阻止本领，以使入射粒子(特别是能量较大的粒子)在闪烁体中能损耗较多的能量而退激产生光子。原先使用的国产NaI(Tl)晶体尺寸为φ20×5mm，这一厚度对定标时测高能γ(E>1MeV)时的效率不够高，而且对高能β粒子的计数率也比较低；本装置的闪烁探测器采用的尺寸为φ20×20mm的NaI(Tl)晶体可以说是一大改进，一方面可以提高探测高能γ部分的效率，另一方面也提高了实验中高能β粒子的计数率。

雪崩光电探测器

雪崩光电探测器 雪崩光电探测器光电探测器是将光信号转变为电信号的器件，雪崩光电探测器采用的即是雪崩光电二极管(APD) ，能够具有更大的响应度。APD将主要应用于长距离或接收光功率受到其它限制而较小的光纤通信系统。目前很多光器件专家对APD 的前景十分看好，认为APD 的研究对于增强相关领域的国际竞争力，是十分必要的。雪崩光电探测器的材料1)Si Si 材料技术是一种成熟技术，广泛应用于微电子领域，但并不适合制备目前光通信领域普遍接受的 1.31mm,1.55mm 波长范围的器件。 2)Ge Ge APD 虽然光谱响应适合光纤传输低损耗、低色散的要求，但在制备工艺中存在很大的困难。而且，Ge的电子和空穴的 离化率比率( )接近1，因此很难制备出高性能的APD 器件。 3)In0.53Ga0.47As/InP 选择In0.53Ga0.47As 作为APD 的光吸收层，InP 作为倍增层，是一种比较有效的方法[2] 。In0.53Ga0.47As 材料的吸收峰值在 1.65mm, 在 1.31mm,1.55mm 波长有约为104cm-1 高吸收系数，是目前光探测器吸收层首选材料。In0.53Ga0.47As 光电二极管比起Ge 光电二极管，有如下优点：（1） In0.53Ga0.47As 是直接带隙半导体，吸收系数高；（2） In0.53Ga0.47As 介电常数比Ge 小，要得到与Ge 光电二极管相

同的量子效率和电容，可以减少In0.53Ga0.47As 耗尽层的厚度，因此可以预期In0.53Ga0.47As/InP 光二极管具有高的效应和响应；（3）电子和空穴的离化率比率（）不是1，也就是说In0.53Ga0.47As/InP APD 噪声较低；（4） In0.53Ga0.47As 与InP 晶格完全匹配，用MOCVD 方法在InP 衬底上可以生长出高质量的In0.53Ga0.47As 外延层，可以显着的降低通过p-n 结的暗电流。（5）In0.53Ga0.47As/InP 异质结构外延技术，很容易在吸收区生长较高带隙的窗口层，由此可以消除表面复合对量子效率的影响。 4）InGaAsP/InP 选择InGaAsP 作为光吸收层，InP 作为倍增层,可以制备响应波长在1-1.4mm ，高量子效率，低暗电流，高雪崩增益得的APD 。通过选择不同的合金组分，满足对特定波长的最佳性能。 ）InGaAs/InAlAs ln0.52AI0.48As 材料带隙宽（1.47 eV）,在 1.55 mm 波长范围不吸收，有证据显示，薄In0.52Al0.48As 外延层在纯电子注入的条件下，作为倍增层材料，可以获得比lnP 更好的增益特性。 6）InGaAs/InGaAs（P）/InAlAs 和InGaAs/In（Al ）GaAs/InAlAs 材料的碰撞离化率是影响APD 性能的重要因素。研究表明[6] ，可以通过引入InGaAs（P）/InAlAs 和In（Al ）GaAs/InAlAs 超晶格结构提高倍增层的碰撞离化率。应用超晶格结构这一能带工程可以人为控制导带和价带值间的非对称性带边不连续性，并保证

光电探测器特性测量实验报告

实验1 光电探测器光谱响应特性实验 实验目的 1. 加深对光谱响应概念的理解； 2. 掌握光谱响应的测试方法； 3. 熟悉热释电探测器和硅光电二极管的使用。 实验内容 1. 用热释电探测器测量钨丝灯的光谱特性曲线； 2. 用比较法测量硅光电二极管的光谱响应曲线。 实验原理 光谱响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度 ()v R λ定义为在波长为λ的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号 电压，用公式表示，则为 () ()() v V R P λλλ= (1-1) 而光电探测器在波长为λ的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示 () ()() i I R P λλλ= (1-2) 式中，()P λ为波长为λ时的入射光功率；()V λ为光电探测器在入射光功率 ()P λ作用下的输出信号电压；()I λ则为输出用电流表示的输出信号电流。为简 写起见，()v R λ和()i R λ均可以用()R λ表示。但在具体计算时应区分()v R λ和()i R λ，显然，二者具有不同的单位。 通常，测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光来得到不同波长的单色辐射,然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号()V λ。然而由于实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率()P λ需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光

谱响应度为()f R λ的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射待测探测器和基准探测器。由参考探测器的电信号输出（例如为电压信号）()f V λ可得单色辐射功率()=()()f P V R λλλ，再通过(1-1)式计算即可得到待测探测器的光谱响应度。 本实验采用单色仪对钨丝灯辐射进行分光，得到单色光功率()P λ ，这里用响应度和波长无关的热释电探测器作参考探测器，测得()P λ入射时的输出电压为()f V λ。若用f R 表示热释电探测器的响应度，则显然有 ()()f f f V P R K λλ= (1-3) 这里f K 为热释电探测器前放和主放放大倍数的乘织，即总的放大倍数。在本实验中=100300f K ?，f R 为热释电探测器的响应度，实验中在所用的25Hz 调制频率下，=900/f R V W 。 然后在相同的光功率()P λ下，用硅光电二极管测量相应的单色光，得到输出电压()b V λ，从而得到光电二极管的光谱相应度 ()() ()()()b b f f f V K V R P V R K λλλλλ= = (1-4) 式中b K 为硅光电二极管测量时总的放大倍数，这里=150300b K ?。 实验仪器 单色仪、热释电探测器组件、光电二极管探测器组件、选频放大器、光源。

闪烁体材料比较

晶体 密度 g/cm3发光峰波 长/nm γ闪烁 效率 发光衰减 时间/ns 能量分辨 率137Cs% 是否 潮解 NaI(Tl) 3.67 415 100 230 7.0 强CsI(Tl) 4.51 550 45 1000 9.0 微CsI(Na) 4.51 420 85 630 弱BGO 7.13 480 15 300 9.5 否LSO:Ce 7.40 420 75 40 12.0 否GSO:Ce 6.71 440 30 60 7.8 否YAP:Ce 5.55 350 40 24 否LaBr3:Ce 5.30 380 16 3.2 强

应用领域各领域的要求 医学X-CT 高光输出，快衰减时间，低余辉，高X射线吸收系数 PET 高密度(> 7g/cm3)，快衰减时间(< 100ns)，高光输出(> 8500 photons/MeV) 石油测井大体积，高Z值，快衰减时间，高光输出，能量分辨率好，高温可用，抗震能力强工业X-CT 高光输出以满足高透射测量，高密度以满足空间分辨率 高能物理高密度(强吸收，Moliere radius较小)，快衰减时间，高辐射强度，价格低 核物理能量分辨率好，快衰减时间，高光输出以满足高探测效率 天体物理能量分辨率好，灵敏度高(10 -5～10 -7 photons/cm2 s-1)，抗硬射线辐射，温度系数好

光电倍增管的原理图 光电倍增管（PMT）是一种能把微弱光信号转变为电信号的真空光探测器件，具有极高灵敏度和超快时间响应。优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）主要得益于使用了基于多个排列的二次电子发射系统。它能够使电子在低噪声条件下得到倍增。PMT的原理是光阴极在光子的作用下向真空中激发出光电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，经过聚焦、汇聚于第一次极，这些冲击次极的光电子能使第一次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极，这样一直经过大约十次以上倍增，放大倍数可达到108～1010。最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流并输出，进入后续电路供分析研究。光电倍增管阳极输出电流跟输入光电子数成正比。 光电倍增管有三个缺点：①灵敏度会由于强光照射或者因为照射时间过长而降低，停止照射后又部分的恢复，这种现象称为“疲乏”；②光阴极表面各点灵敏度不均匀；③光电倍增管是通过加上千伏的高压实现高增益的，而增益的获得依赖于打拿极间电子倍增实现，因此限制了其在强磁场中的应用

专用烟雾探测器探测电路综述

专用烟雾探测器探测电路综述 聂纪平，杜　虹 （上海贝岭股份有限公司，上海 200233） 摘 要：烟雾探测器控制专用电路是一种应用于火灾报警系统的大规模专用集成电路，该电路可以满足当前火灾报警系统的工业级需求。上海贝岭公司通过对国外同类电路的研究和吸收，对于光电型和离子型两种探测电路在集成电路制造工艺和产品设计上取得进展，实现了该类电路的国产化，并且在产品应用上取得了多项突破，满足了客户的具体使用和调试需求，同时针对该产品和客户的高可靠性要求，该系列产品通过UL 标准的检测，获得了美国的UL 认证。关键词：烟雾探测；UL 认证；离子型探测电路；光电型探测电路 中图分类号：TN492 文献标识码：A 文章编号：1681-1070（2012）06-0039-03 Smoke Detector Control ASIC Review NIE Ji-ping, DU Hong (Shanghai belling Corp ., Ltd , Shanghai 200233,China ) Abstract: Smoke detector control IC is used for fire alarm system. The chip could achieve the industry class level for fire alarm system. Shanghai belling research the international same chip, get process and design knowhow of photoelectric and ionization smoke detector. Belling’s chips have many application innovations and get the customer application and adjustment requirement. And for the high reliability of the chip, Belling passes the UL spec for the chip, and gets UL certificate. Key words: smoke detector; UL audit; photoelectric smoke detector IC; ionization smoke detector IC 收稿日期：2012-03-08 1 烟雾报警器控制电路简介 1.1 烟雾报警器电路基本功能 火灾探测器的一般工作原理是：传感元件检测火灾产生物或火灾发生时的特性值，将探测元件传来的原始信号转换为脉冲量，送入火灾自动报警控制器中，控制器对接收到的信号加以计算分析，并判定是否有火灾正在发生，发出报警信号。当前主要有两种探测器工作原理[1]。1.2 光电式烟雾探测器电路 光电式感烟探测器有一个迷宫式烟雾探测室， 里面设有一个光源和一个感光元件。由于是迷宫式设计，光源的光线一般不能照射到感光元件上，如图1（a ）；但是当有烟雾进入后，光线在烟雾中产生散射，从而有部分光线射到感光元件上，如图1（b ）。烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，感光元件再把光信号通过专用电路转换为电信号进行输出。 1.3 离子式烟雾探测器 离子式烟雾探测器由一个放射源（如Am241）、外置的采样室和内置的离子参考样本室

智能制造之闪烁晶体产业发展概况

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0b13925392.html, 智能制造之闪烁晶体产业发展概况 作者：王莎莎李楠张欢何涛 来源：《中国科技纵横》2018年第15期 摘要：闪烁晶体是一种人工合成的、内部阵列有序的物质，在高能射线通过时可以激发出荧光脉冲。闪烁晶体能探测各种射线，具有密度高、性能稳定等优点，被广泛应用于高能物理、核物理、放射医学、地质勘探、防爆检测、安全检查、国防装备、无损检测等领域，是精准诊疗、智能制造和安检领域的关键材料之一，其产业规模目前仅次于半导体晶体，成为国际先进无机非金属材料产业竞争的前沿。 关键词：闪烁晶体；智能制造；发展概况 中图分类号：TL812.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0222-02 1 前言 闪烁晶体在高端医疗行业的快速健康发展可促进全民健康梦更早更好地实现，此外在安检探测和工业CT等方面的应用也是智能制造不可或缺的关键领域，对制造业强国建设具有重要的支撑作用。在制造业领域，中国制造正向智能制造转变。本文将综述国内外闪烁晶体产业发展历程、应用领域等情况，针对目前我国存在的挑战和面临的问题，提出促进产业发展的建议与措施。 2 闪烁晶体的发展历程 2.1 卤化物闪烁晶体的发展速度超出氧化物闪烁晶体的发展 几年前，像BGO、PbWO4和LYSO这样的氧化物闪烁晶体一直是人们的关注重点，自从上世纪末荷兰Delft理工大学发现氯化镧和溴化镧等新兴稀土卤化物晶体的闪烁效应以来，世界上掀起了卤化物研究热潮。美国劳伦斯伯克利国家实验室又在BaI2的基础上发明了两种新的闪烁晶体Ba2CsI5∶Eu和BaBrI∶Eu，这些新型卤化物晶体尽管性能优良，但都存在一个致命的弱点—易潮解，从而给原料合成、晶体的加工和应用等造成许多障碍。 2.2 从单晶块体材料向多晶、薄膜、阵列和纤维材料的发展 闪烁单晶固然性能优良，但存在成本高、各向异性和大尺寸晶体生长比较困难的问题，与之相比，陶瓷和玻璃因具有各向同性、易加工和易于获得大尺寸等优点而成为近几年大家关注的热点。针对氧化物材料熔点高的缺点，美国、日本、德国等国家相继开展了闪烁陶瓷的研究，已经能够实现部分体系的工业化生产。最近几年，卤化物闪烁陶瓷、半导体透明陶瓷和具

光电探测器综述(PD)分解

光电探测器综述 摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成 度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集 成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。尤其是具有高响应速度，高量子 效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要， 也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。本文综述了近十 年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对 其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。 关键词：光电探测器，Si ,CMOS Abstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, high performance, low power consumption and low cost of photoelectric detector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) has become a major new challenge. Especially high response speed ，high quantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector, is not only the needs for development of optical communication technology, but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has the very high research value.This paper reviews the development of different characteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses the photodetector development direction in the next few years,the study of high performance photoelectric detector, the structure, and related technology, manufacturing, has very important practical significance. : Key Word: photodetector, Si ,CMOS 一、光电探测器 概念 光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。（光电导效应是指在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化的象。即当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象，光子作用于光电导材

常用闪烁晶体及材料物理性能

常用闪烁晶体及材料物理性能 材料名称碘化钠 Nal(TI)碘化铯 CsI(Na) 氟化钡 BaF2 氟化钙 CaF2(Eu) 锗酸铋 BGO 钨酸铬 CdWO4 钨酸铅 PbWO4 铝酸钇 YAP:Ce 硅酸扎 GSO:Ce 硅酸镥 LSO:Ce 折射率 n 1.77-1.85 1.84 1.54low 1.50high 1.47 2.15 2.3 2.16 1.94 1.85 1.82 膨胀系数K-147.4x10-649 x 10-618.4 x 10-619.5 x 10-67 x 10-610.2 x 10-6 发射波长nm415520220:310435480470: 540420;450390450440截止波长nm320300135395320 衰减常数ns2506300.7；6300.94vs3005ms；20ms<10; 36035 (10)6040 [%ofNaI(Tl)]100855；165015 - 2025 - 300.3fast 0.2slow 403075 余辉[%]after 6ms 0.5 - 5.0 after 6ms < 0.3 After 3ms 0.005 After 3ms 0.1

光产额Pho/MeV γ38 x 10340 x 103 6.5 x 103 2.5 x 103 19 x 1038 - 10 x 103 1.2 - 1.5 x 1018 x 103 潮解性yes yes no no no no no no no no 解理面100no111111no010 辐射长度cm 2.59 1.85 2.06 1.12 1.000.85 1.83 1.39 1.14辐照硬度rad103>103105-7104-5103-8>106106>108>106比重g/cm3 3.67 4.51 4.88 3.187.137.98.28 5.35 6.317.41硬度莫氏 2.22345 4.28.5 熔点℃65062113541418105016851123187519502050