半导体核辐射探测器的1/f噪声研究

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半导体核辐射探测器相比于其他类型的探测器有着明显的优点,它的能量分辨率较高、能量线性范围较宽、脉冲上升时间较短而且体积较小,因而广泛应用于核辐射探测领域。但是,半导体核辐射探测器在进行粒子探测的同时,也会因为受到辐照而引起探测器的损伤。这种损伤主要为探测器材料的间隙与空位等晶格缺陷,晶格缺陷的存在会使探测器的电学性质发生变化,而且这些缺陷也就是1/f噪声源。为了了解半导体核辐射探测器的辐照损伤与1/f噪声的关系,本文对半导体核辐射探测器的1/f噪声进行了测试与分析。首先,介绍了电噪声基本原理以及半导体核辐射探测器的工作原理,并分析了半导体核辐射探测器辐照损伤与1/f噪声的关系。然后,介绍了三种1/f噪声的数学模型,并利用这些模型生成了1/f噪声,通过对比发现基于分形布朗运动模型生成的1/f噪声具有良好的频域特性与持久相关性。接着,详细介绍与对比了1/f噪声的参数估计方法。对比结果表明:当信噪比大于0dB时,基于小波的参数估计方法对1/f噪声谱特性指数的估计误差小于1.3%,对噪声幅度的估计误差小于2.6%,适用于白噪声背景下的1/f噪声参数估计。最后,搭建了半导体核辐射探测器的1/f噪声测试平台,对受过辐照以及未受辐照的不同尺寸探测器的1/f噪声进行测试与分析。结果表明:辐照产生的晶格缺陷导致器件1/f噪声的明显变化,1/f噪声的谱特性指数与探测器的尺寸相关,其噪声幅值与探测器的尺寸、辐照剂量以及偏压大小相关。因此,1/f噪声可以用来评估半导体核辐射探测器的性能退化程度,并成为一种可靠性评价和探测器筛选的指标。
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