金刚石辐射探测器的运作原理

金刚石核探测器的响应由四个阶段组成，分别为能量沉积、电子空穴对的产生、非平衡载流子的输运、电子空穴对的收集。           金刚石探测器可以在多种辐射下工作，包括α粒子、β粒子、γ射线、X射线、中子核辐射、离子核辐射等。带电粒子与金刚石材料主要发生电磁相互作用，具体作用过程为辐射粒子入射到晶体后会与晶体内的价电子进行一系列的碰撞，在这一过程中造成晶体内价电子的电离或激发，形成许多电子-空穴对。通过外部电压的驱动下，电子-空穴对定向移动产生微弱的电流信号，经过外部前置放大电路的处理，即可在示波器观察响应信号的波形。           

金刚石探测器工作原理示意图   

金刚石辐射探测器的性能评价指标

暗电流、能量分辨率、电荷收集率的高低是评估金刚石探测器好坏的重要指标。高性能的金刚石探测器，一般具有低的暗电流、好的能量分辨率、高的电荷收集效率、对信号的快速响应以及良好的耐辐射性和温度稳定性。           暗电流测试是指在不接受辐射粒子的作用下，通过在电极两端施加电压来测试其内部漏电流。暗电流的量级是评价探测器的重要环节，高性能探测器其暗电流为pA甚至fA量级。探测器暗电流主要受探测器晶体材料的影响，杂质及缺陷越少暗电流数值越低。           能量分辨率是指辐射探测器对辐照射线所携带能量大小的分辨能力。能量分辨率数值越小，则表示探测器对粒子能量的区分精度越高。能量分辨率也是判断探测器性能的重要指标，多种因素会对探测器的能量分辨率产生影响，但最为重要的仍是晶体质量，晶体内部的杂质缺陷会俘获辐照下电离产生的电子空穴对，在外电场的作用下会在金刚石内部或表面产生极化现象。           探测器的电荷收集效率(CCE)是指探测器金属电极两端收集到的电荷量Q_c与探测器在辐照下晶体内部产生的电荷数Q_in的比值,即:CCE=。当探测器外部电路增益不变的情况下，探测器电极收集到电荷的数量将会直接决定输出信号脉冲的幅值。因此，电荷收集效率的高低会对探测器能量分辨率产生影响。电荷收集效率的高低也成为了评价探测器性能的重要参考。