辐射探测芯片及其制备方法、辐射探测方法与流程

本申请涉及半导体，具体而言，涉及一种辐射探测芯片、一种辐射探测芯片的制备方法以及一种辐射探测方法。

背景技术：

1、随着人们对环境安全的关注，人们对核辐射检测的需求逐步提升，希望能够随时随地实现对所处环境中核辐射的辐射剂量进行精准检测，这就对核辐射探测设备的便携性和检测精准度提出了更高的要求。

2、目前常见的核辐射探测设备多采用气体探测器或者闪烁晶体配光电转换器件，存在体积大、内部电路复杂、需配备高压装置的问题，导致无法应用于可穿戴设备或者便携式设备，虽然有研发人员研发出了便携的核辐射探测设备，但是这些核辐射探测设备仍然需要通过升压模块或者专用的升压芯片来为探测器提供较高的偏压，存在外围电路复杂、制造成本高的问题。

3、因此，亟需一种新的无需额外设置升压模块或专用升压芯片提高偏压，并且可以与可穿戴设备或便携式设备集成的辐射探测芯片。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种辐射探测芯片、一种辐射探测芯片的制备方法以及一种辐射探测方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的辐射探测设备体积大，需要额外设置升压模块或专用升压芯片提高偏压，导致外围电路复杂、制造成本高的问题。

2、根据本申请的第一个方面，提供一种辐射探测芯片，包括：

3、封装壳体，以及位于所述封装壳体中的碲锌镉探测器和信号采集读出电路；

4、其中，所述碲锌镉探测器包含碲锌镉晶体、第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极通过绝缘带间隔，并且所述第一电极、所述绝缘带和所述第二电极覆盖所述碲锌镉晶体的整个表面，通过调节所述绝缘带的宽度以使所述碲锌镉探测器在接入外接设备的电源后仍具有目标电场强度，其中，所述外接设备为可穿戴设备或便携式设备，所述目标电场强度为在预设偏压下所述碲锌镉探测器中维持载流子迁移的电场强度；

5、所述信号采集读出电路包括计数芯片和信号处理芯片，所述计数芯片用于对所述碲锌镉探测器探测到的不同能量的光子进行计数，所述信号处理芯片用于根据所述计数芯片输出的计数结果确定辐射剂量。

6、根据本申请的第二个方面，提供了一种辐射探测芯片的制备方法，包括：

7、在碲锌镉晶体上制备所述第一电极、所述第二电极和所述绝缘带，以形成碲锌镉探测器；

8、对所述碲锌镉探测器进行封装；

9、对封装后的所述碲锌镉探测器和信号采集读出电路进行封装，并对封装后的封装壳体抽真空或填充惰性气体，以形成所述辐射探测芯片。

10、根据本申请的第三个方面，提供了一种辐射探测方法，包括：

11、将所述碲锌镉探测器响应辐射所生成的感应电流脉冲传输至所述计数芯片；

12、通过所述计数芯片根据所述感应电流脉冲对不同能量区间的光子进行计数；

13、通过所述信号处理芯片根据所述外接设备的电源电压、所述辐射探测芯片对应的标准电压和所述不同能量区间的光子计数确定与所述辐射对应的辐射剂量。

14、本申请中辐射探测芯片，包括封装壳体以及位于封装壳体内的碲锌镉探测器和信号采集读出电路，该碲锌镉探测器包含碲锌镉晶体、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极通过绝缘带间隔，并且第一电极、绝缘带和第二电极覆盖碲锌镉晶体的整个表面，通过调节绝缘带的宽度以使碲锌镉探测器在接入外接设备的电源后仍具有目标电场强度，其中，外接设备为可穿戴设备或便携式设备，目标电场强度为在预设偏压下碲锌镉探测器中维持载流子迁移的电场强度；信号采集读出电路包括计数芯片和信号处理芯片，计数芯片用于对碲锌镉探测器探测到的不同能量的光子进行计数，所述信号处理芯片用于根据计数芯片输出的计数结果确定辐射剂量。本申请中的辐射探测芯片一方面通过调节绝缘带的宽度，即可使碲锌镉探测器在可穿戴设备或便携式设备的电源电压下具有目标电场强度，实现在低偏压下的正常辐射探测，无需在碲锌镉探测器的外围电路中设置升压模块或者专用的升压芯片以提高施加在碲锌镉探测器上的偏压，因此降低了外围电路的复杂度，进而降低了辐射探测芯片的制造成本，并提高了安全性；另一方面辐射探测芯片具有芯片级大小，具有较小的体积，可以与可穿戴设备或者便携式设备集成，提高了辐射探测的便捷性和实时性；再一方面碲锌镉探测器的探测效率高、探测精度高，进而提高了辐射探测芯片的探测精准度和效率。

15、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

技术特征：

1.一种辐射探测芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述绝缘带的宽度大于或等于10μm且小于或等于1000 μm。

3.根据权利要求1所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述信号处理芯片还用于根据所述外接设备的电源电压和所述辐射探测芯片对应的标准电压判断所述辐射探测芯片在接入所述外接设备后，是否存在计数丢失。

4.根据权利要求3所述的辐射探测芯片，其特征在于，在判定存在计数丢失时，所述信号处理芯片还用于根据光电峰对应的能量区间和光子计数确定康普顿散射光子数目，并根据所述康普顿散射光子数目对存在计数丢失的计数结果进行校准，进而根据校准后的计数结果确定所述辐射剂量。

5.根据权利要求1所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述封装壳体为密封真空壳体或密封且填充有惰性气体的壳体。

6.根据权利要求5所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述封装壳体包括管壳，所述管壳靠近所述碲锌镉探测器的表面设置有一凹槽，所述凹槽用于固定所述碲锌镉探测器；所述碲锌镉探测器的第一电极上设置有金属片。

7.根据权利要求1所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述计数芯片包括电荷灵敏前放电路、极零相消电路、成型放大电路、多级比较计数电路和单输出端口。

8.一种辐射探测芯片的制备方法，用于制备如权利要求1~7任意一项所述的辐射探测芯片；其特征在于，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述对所述碲锌镉探测器进行封装，包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述信号采集读出电路包括计数芯片和信号处理芯片；所述封装壳体包括管壳、盖板和封装墙；

11.一种辐射探测方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的辐射探测芯片，其特征在于，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述通过所述信号处理芯片根据所述外接设备提供的电源电压、所述辐射探测芯片对应的标准电压和所述不同能量区间的光子计数确定与所述辐射对应的辐射剂量，包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述对所述目标能量区间对应的光子计数进行校准，包括：

技术总结本申请属于半导体领域，涉及辐射探测芯片及其制备方法、辐射探测方法，辐射探测芯片包括：封装壳体，以及位于封装壳体中的碲锌镉探测器和信号采集读出电路；其中碲锌镉探测器包含碲锌镉晶体、第一电极和第二电极，第一电极和第二电极通过绝缘带间隔，并且第一电极、绝缘带和第二电极覆盖碲锌镉晶体的整个表面，通过调节绝缘带的宽度以使碲锌镉探测器在接入外接设备后仍具有目标电场强度，外接设备为可穿戴设备或便携式设备，目标电场强度为在预设偏压下碲锌镉探测器中维持载流子迁移的电场强度；信号采集读出电路包括计数芯片和信号处理芯片。本申请中的辐射探测芯片在可穿戴设备提供的低偏压下即可实现辐射探测，无需使用升压模块或升压芯片。技术研发人员：辛元娟,张保强,韦浩,尹磊,付冲冲,高焕焕,介万奇,席守智受保护的技术使用者：陕西迪泰克新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1