CZT的输运、电接触和电流电压特性
使用 Geant4 模拟 CAPture 电极 CdZnTe 探测器对 γ 射线的响应

Vol. 55 ,No. 6Jun.2021第55卷第6期2021年6月原子能科学技术AtomicEnergyScienceandTechnology使用Geant4模拟CAPture 电极CdZnTe 探测器对!射线的响应周红召S 宋明哲,刘海侠1孙涛1,李军S 郝立亮1"1.国民核生化灾害防护国家重点实验室,北京102205#.中国原子能科学研究院,北京102413)摘要:采用CAPture 电极CdZnTe 探测器获取X 射线注量谱,为建立ISO 40371 (996标准以外的参考 辐射和计算辐射场特殊剂量物理量的约定真值提供基础% CdZnTe 探测器的主要缺点是由于空穴迁移率寿命积过小,导致电荷收集不完全,全能峰左侧出现低能尾% CAPture 电极CdZnTe 探测器采用扩展 阴极降低阴极附近区域的电场强度,弱化空穴输运对电荷收集效率的影响,实现对低能尾的抑制%但由 于探测器内的电场不再均匀,电荷收集效率无法用Hecht 方程计算%本文根据Shockley-Ramo 原理建立了 CAPture 电极CdZnTe 探测器电荷收集效率计算公式,用有限元分析软件模拟了探测器内的电场 分布%进而用Geant4软件开展了蒙特卡罗仿真计算,确定了载流子迁移率寿命积,并取得了与实测结 果基本一致的脉冲幅度谱,为建立探测器的响应矩阵奠定了基础%关键词:CdZnTe 探测器;电荷收集效率;Geant4;探测器响应;低能尾中图分类号:TL84文献标志码:A文章编号:10006931(2021)06109807doi :10. 7538/yzk. 2020. youxian. 0475Simula&ingResponse&oGammaRayofCdZnTeDe&ec&orwith CAPture Electrode Using Geant4ZHOU Hongzhao 】,SONG Mingzhe 2" , LIU Haixia 1 , SUN Tao 1 , LI Jun 1 , HAO Liliang(1. State Key Laboratrry of NBC Protection for Civilian , Beijing 102205 , China ;2. China Institute of Atomic Energy , Beijing 102413 , China )Abs&rac&(AimingtoprovideabasisYorestablishingreYerenceradiationbeyondtheISO4037-1(1996standardandcalculatingtheconventionaltruevaluesoYspecialdosequanti-tiesoYtheradiation ield YluencespectrumoYX-rayisobtainedusingaCdZnTedetector with CAPture electrode. The main drawback oYthe CdZnTe detector is the low energy tail on the left side of the full energy peak due to insufficient charge collection caused by thesma l mobility-lifetime product. The CdZnTe detector with CAPture electrodereducestheelectricfieldstrengthinthevicinity ofthecathodethrough utilizingthe extendedcathodes which weakens the e f ect of hole transport on charge co l ection e f i-ciency and curbs the low energy tail. However thechargeco l ectione f iciencycannot收稿日期2020-07-10;修回日期2020-09-16"通信作者:宋明哲第6期 周红召等:使用Geant4模拟CAPture 电极CdZnTe 探测器对*射线的响应1099becalculatedusingthe Hechtequationastheelectricfieldinthedetectorisnolongeruniform. In this paper , the formula for calculating the charge collection efficiency of the CdZnTe detector with CAPture electrode was established based on the Shockley-Ramo principle , and the electric field strength in the detector was simulated with finiteelement analysis software. Furthermore , Monte Carlo simulation was carried out using Geant4. As a result , the mobility-lifetime product was determined , and the pulse heightspectra calculated by Geant4 are consistent with the measured results , laying the foun dation for establishing the response matrix of the detector.Key words : CdZnTe detector # charge collection efficiency # Geant4 # detector response #low energy tailX 射线注量谱可用于计算平均能量、半值 层和转换系数等参数3*,对于建立过滤X 射 线参考辐射场具有重要意义。
船舶电力系统的基本参数

• 通常,船舶电网的额定电压为380V; • 用电设备(动力)的额定电压为
380V。
2.发电机的额定电压
• 发电机额定电压规定高于同级电网额定电
压5%; 电力线路允许的电压偏差为±5%, 即整个线路允许有10%的电压损耗值;
• 因此为了使线路的平均电压维持在额定值
• 线路首端(电源端)的电压宜较线路额定电压
用;
• 目前中压系统较多应用在大型工程船舶、钻井平台以
及工作性质较特殊的大型船舶上。
2.常规潜艇电力系统的直流幅压
• 潜艇以蓄电池组为主要电源,幅压范围要大。
3.生活用电电压
• 对人身较为安全的100~110V电压; • 110V电压用于照明有较高的发光效率; • 出现采用110V电压作为船舶上的生活用电电压。
• 三线绝缘系统一定要有绝缘监视相配合。
电站的主接线
通常将船舶电力系统的发电机组和主配 电板部分称为电站。船舶电站的主接线是 指发电机通过开关设备和连接导线所组成 的受电和配电的电路。把发电机和配电设 备等(符号)用单线连接成的电路图称为 电气主接线图。
如图1-6所示
常见的船舶电站主接线形式
单母线不分段的主接线
单母线分段主接线
有两个电站的主接线
有两台轴带发电机和两台柴油发电机的主接线
DG-柴油发电机 SG-轴带发电机
有一台轴带发电机和两台柴油发电机的主接线
DG-柴油发电机 SG-轴带发电机
船舶电力系统的类型
1、单主电站的交流电力系统
图1-14 单主电站电力系统 MSB-主配电板 Gl~G4-主发电机 T1-照明变压器 SC-岸电箱 ESB-应急配电板
高5%;
• 而线路末端的电压则较线路额定电压低5%。
CZT高能射线探测材料与器件研究

CZT探测器与闪烁体 探测器的对比
CZT SPECT
Discovery NM/CT 670
GE公司开发了全球首台采用半导体探头的SPECT:Discovery NM 530c及Discovery NM 570c(Discovery NM530c+128层CT),及采用CZT探测器的乳腺伽玛相机。
国内研究现状
国外研究现状
国外CZT材料技术
国外研究现状
CZT探测器被广泛应用在空间天文观测中
SVOM
SWIFT
ASTRO-H
INTEGRAL
国外研究现状 美国 NASA的Swift卫星搭载的 BAT 天文望远镜
性能 观察孔 探测面积 参数 编码掩模 5200 cm2
探测器
探测方式 视野
CdZnTe
光子计数 2 sr (部分编码)
3. 整机系统的设计与开发
便携式伽马谱仪
安检成像设备
医疗CT
根据不同的应用需求和CZT探测器产生的信号特点,设计与之 相匹配的电子学读出电路,不断探索新的探测方法和数据处理 方法,并开发出相应的应用软件。
15 0 0 10 0 0 500 0 -5 0 0 0 100 200 300 400 500 600
微观结构缺陷 点缺陷、位错、孪晶、Te沉淀、偏析
C h an n el n um ber
宏观功能特性与微观 结构缺陷的内在关联
阳离子占位 点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷
微观结构与缺陷 测定与分析
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Channels
241Am@59.5
keV
柔性CZTSSe太阳电池的制备及性能研究

柔性CZTSSe太阳电池的制备及性能研究YAN Qiong;LI Hong-nan;LIN Xiao-yuan【摘要】采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备铜锌锡硫硒薄膜,并通过XRD、EDS、Raman和SEM分析薄膜的结晶性、物相和形貌.研究金属成分含量对CZTSSe薄膜形貌的影响,最终在柔性衬底上制备出成分均匀可控、无二元或三元杂相、结晶致密连续的CZTSSe薄膜,并以此为基础制备结构为Mo/CZTSSe/CdS/i-ZnO/ITO/Ag的柔性太阳电池,得到的电池最高效率为3.83%.【期刊名称】《福建江夏学院学报》【年(卷),期】2019(009)003【总页数】9页(P110-118)【关键词】柔性薄膜太阳电池;铜锌锡硫硒;背接触;载流子输运【作者】YAN Qiong;LI Hong-nan;LIN Xiao-yuan【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TM914.4一、研究背景太阳能的开发与利用有助于应对能源短缺和环境污染这两大挑战,实现可持续发展,因此各国都在大力扶持光伏产业。
不同太阳能电池技术的光电转化效率发展历程如图1所示。
[1]其中,铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳电池由于其组成元素地壳储量丰富、绿色环保、轻质、可柔性等优点而得到广泛关注。
相比于传统的刚性电池,柔性太阳电池具有材质柔软、质量轻、功率质量比高、生产过程能耗小、易于实现卷对卷大面积连续生产等优点,可望扩展太阳电池的应用领域。
采用能够耐受CZTS基薄膜整个制备过程并保持高转换效率的柔性背电极材料来制备柔性器件是一项有意义的工作。
近年来,CZTS基太阳电池在刚性衬底上的最高转换效率已达12.6%,而在柔性衬底上的最高效率仅为7.04%,因此需要进一步研究基于柔性衬底的CZTS基薄膜的成膜工艺,探究电池内载流子的输运机理,为提高电池效率提供实验数据和理论支撑。
本文围绕柔性CZTSSe太阳电池开展研究工作,采用溶液法及后硒化处理的方式在柔性钼衬底上制备CZTSSe薄膜,以此为基础制备柔性CZTSSe太阳电池并研究其光电性能。
接触网零部件技术性能介绍

接触网零部件技术性能介绍网零部件是指用于连接、支持、保护和导电的电子组件。
它们广泛应用于各种电子设备和系统中,包括电脑、手机、电视等。
网零部件的技术性能对整个设备的性能起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的网零部件及其技术性能。
首先,我们来看一下电容器。
电容器是一种储存电荷的设备,它由两个导电板和介质组成。
电容器的主要性能参数包括容量、电压和温度系数。
容量是电容器可以储存的电荷量的度量,通常以法拉(F)为单位。
电容器的容量越大,储存的电荷量越多,性能越好。
电压是电容器可以承受的电压的最大值。
电容器的电压越高,其使用范围越广。
温度系数是电容器容量随温度变化的程度。
温度系数越小,稳定性越好。
接下来是电感器。
电感器是一种储存磁场能量的设备,它主要由绕组和磁芯组成。
电感器的主要性能参数包括电感值、电流和频率范围。
电感值是电感器储存磁场能量的度量,通常以亨利(H)为单位。
电感器的电感值越大,储存的磁场能量越多,性能越好。
电流是电感器可以承受的电流的最大值。
电感器的电流越高,其使用范围越广。
频率范围是电感器能够工作的频率范围,通常以赫兹(Hz)为单位。
频率范围越宽,电感器能够适应的应用场景越多。
另一种常见的网零部件是电阻器。
电阻器是一种控制电流流动的设备,它主要由电阻元件和引线组成。
电阻器的主要性能参数包括阻值、功率和稳定性。
阻值是电阻器阻碍电流流动的程度的度量,通常以欧姆(Ω)为单位。
电阻器的阻值越大,阻碍电流流动的程度越大,性能越好。
功率是电阻器能够承受的功率的最大值。
电阻器的功率越高,其使用范围越广。
稳定性是电阻器阻值随温度变化的程度。
稳定性越好,电阻器的阻值在不同温度下变化的幅度越小。
此外,还有晶振器、二极管、三极管等网零部件,它们各自具有特定的技术性能。
晶振器是一种产生稳定时钟信号的设备,其主要性能参数包括频率稳定性、工作电压和工作温度范围。
二极管是一种具有单向导通特性的设备,其主要性能参数包括电流容许值、正向电压降和反向电流。
接触器的基本结构和技术参数

接触器的基本结构和技术参数接触器是一种用于频繁地接通或断开交直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。
在功能上接触器除能自动切换外,还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和零压及欠压保护功能,但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。
接触器生产方便,成本低,主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等,是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。
按接触器所控制的电流种类可分为交流接触器和直流接触器两种。
一.交流接触器概述1、交流接触器的工作原理交流接触器的工作原理如图1所示。
图1 交流接触器的工作原理示意图按钮7在断开位置,交流接触器处于不得电的状态——常态,它的常闭触头闭合,常开触头断开。
按动按钮7,电磁线圈6得电,电磁机构产生电磁力吸动衔铁,衔铁3向下运动,带动触头动作(反作用力弹簧被压缩)。
常闭触头断开,常开触头闭合。
松开按钮7,电磁线圈断电,电磁铁电磁力消失,衔铁在反作用力弹簧4的作用下向上运动回到常态的位置,常开触头断开、常闭触头复位。
可以把交流接触器理解为一个由电磁铁控制的多触头开关。
其图形符号和文字符号如图2所示。
图22、交流接触器的基本结构(1)电磁机构交流接触器的电磁机构由铁心(两侧柱端部嵌有短路环)、电磁线圈、衔铁、反作用力弹簧和缓冲弹簧等组成。
衔铁的运动形式有绕轴转动的拍合式和直线运动的直动式,衔铁直线运动式又可分为正装直动式和倒装直动式(即触头在电磁机构的下方)。
(2)触头系统交流接触器的触头可分为主触头和辅助触头。
主触头用于接通、断开电流较大的负荷电路即主电路。
所以,主触头截面积较大,一般为平面型。
辅助触头截面积较小,一般为球面型,用于接通、断开控制电路、信号电路等。
交流接触器的主触头多为常开触头,辅助触头则有常开触头及常闭触头两种。
交流接触器的触头有桥式双断点和指式单断点等型式。
(3)灭弧装置交流接触器的主触头在切断具有较大感性负荷的电路时,动、静触头间会产生强烈的电弧,灭弧装置可使电弧迅速熄灭,减轻电弧对触头的烧蚀和防止相间短路。
《电力机车电器》接触器

电磁接触器分为直流电磁接触器(主触头通断直流)和交流电磁接触器(主触头通断交流)。 一、CZT-20B型直流电磁接触器
CZT-20B型直流电磁接触器用于SS4、SS6B、SS8型电力机车的控制电路中,控制机车前照灯 的开或关。
《电力机车电器》 第二章 接触器
二、交流电磁接触器 交流电磁接触器型号很多,本节重点讨论6C系列交流电磁接触器,包括6C180型、6C110型。 型号含义:6-设计序号 C-接触器 180、110-触头额定电流(A)
TCK7-600/1500型电空接触器
电力机车电器》 第二章 接触器
§2-3 电空接触器
③TCK7C-600/1500: 共用了1个,控制电阻制动时的6台电机串联的励磁回路。称为励磁接触器。
三、结构 TCK7系列电空接触器结构基本相同,只是TCK7B-600/1500不分断强负载而不带灭弧罩和
《电力机车电器》 第二章 接触器
§2-1 接触器概述
接触器在电力机车上主要用在主电路和辅助电路中,在主电路中用于控制牵引电动机支路的 投入或切除,电阻制动时控制励磁回路的通断。在辅助电路中用于控制辅助机组的启动或停止。 控制对象包括劈相机、压缩机电动机、牵引通风机、制动通风机、变压器通风机、变压器油泵、 劈相机启动电阻等。
吹弧线圈。 以TCK7-600/1500为例,主要由传动装置、触头装置、灭弧装置组成。
1、传动装置 由传动气缸、电空阀、绝缘杆组成。电空阀为2位3通闭式电空阀。
2、触头装置 由主触头、联锁触头组成。主触头为L形,线接触;联锁触头为2常开、2常闭的桥式双断点。
3、灭弧装置 由灭弧罩、灭弧角、灭弧线圈及铁心等组成。
《电力机车电器》 第二章 接触器
飞机电器基础 期末复习

1、气体游离与激励的概念 游离度 游离能 金属蒸汽的游离能量最小 2、游离的方式:
表面发射:热电子发射;光发射;强场发射;二次电子发射 空间游离:光游离;电场游离;热游离
3、去游离的方式
复 表面复合 合 空间复合 直接复合 间接复合 冷却是加强复合的决定性因素 扩散
4、气体间隙的放电的几个阶段
非自持放电段 自持放电段
第六章 航空接触器
一、概述
接触器-----是一种用于远距离控制交流、直流主电路或大容
量电路的通断的大容量控制开关。
组成:电磁系统是感应动作机构,采用吸入式电磁铁
触点系统是执行机构,采用面接触形式 按照触点所控制的电路性质分 直流接触器 交流接触器
按电磁机构的不同
单绕组接触器 双绕组接触器 磁锁型接触器
按触点所控制的电流性质分:
交流继电器和直流继电器
二、 航空电磁继电器的动作时间
吸合时间:是指继电器的线圈加上吸合电压信号开始到继电器 触点完成动作时为止的一段时间。 释放时间:是指继电器的线圈电源断开时,至衔铁返回运动到 终点位置所需的时间。 加速吸合的途径 延时吸合的措施 延时释放的措施
三、 极化继电器 组成 原理 特点
2
O
Ih
5、交流电弧的特性及熄灭
特性:不断熄灭又不断重燃的动态电弧 零休时间:电流过零时电弧熄灭了一段很短时间 熄弧方法:防止电弧重燃
6、飞机电器常用的几种熄弧方法
气体吹弧 磁吹弧 石英砂间隙熄弧
玻璃管式保险丝熄弧 加速弹簧装置熄弧 石棉水泥装置灭弧五、火花放 Nhomakorabea的原理及熄灭
根本原因:当触头断开时,电路存在着电感。 现象:忽通忽断的不稳定的放电现象 触点的电容效应
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Fig. 40. Calculated electron mobility of Cd1-xZnxTe at T=300 K as a function of x using Ue=0.3 eV(solid) and Ue=0.7 eV(dashed). Here Ue is the alloy scattering potential
Ideally carrier mobilities can be calculated from the scattering rates for acoustic phonon, polar optical phonon, piezoelectric, impurity and allo -y scattering, with polar optical scattering being dominant for nonalloyed II-VI and III-V materials at room temperature .Suzuki et al. found that for Cd0.8Zn0.2Te:Cl the hole mobility was limited by trappindetrapping involving the Acenter complex (VCdClTe)-.
Transport properties 、 Electrical contacts and
current versus voltage measurements of CZT
content
Transport properties Electrical contacts and current versus voltage measurements
7
Fig. 39. Calculated electron mobilities for CdTe (solid) and ZnTe (dashed) as a function of temperature
8
In the case of Cd1-xZnxTe
Ue =0.3 eV Ue =0.7 eV, Uh=0.1 eV
9
On the other hand Szeles et al.have argued that the composition dependence of hole trap ionization energies implies that either the inert atomic-like character of localized levels or the small valence band offset is invalid. This may be a moot point since Singh has pointed out that that the alloy scattering potential is a fairly ill-defined quantity. It is not clear theoretically whether it corresponds to the difference in electron affinities, the difference in bandgaps, the band offsets, or some other quantity. Furthermore, clustering effects also affect the alloy scattering rate. Hence, alloy scattering potentials are determined by fitting of experimental data.
2
☞
Transport properties
Carrier mobility Experimental determination of mobility
3
The effect of electron and hole transport properties on detector performance.
Transport is characterized by two parameters for each carrier type: mobility,μ,and mean trapping lifetime,. The quantity which is directly related to detector performance is the product μE, where E is the electric field. This quantity is the mean drift length, sometimes called the schubweg. Despite the underlying complexity of trapping phenomena, simple macroscopic models based on the use of the mean drift length predict detector behavior remarkably.
4
3.3.1 Carrier mobility
One of the great strengths of CdTe compared to other high-Z materi -als is its relatively high electron mobility (1100 cm2/V s at 300K). The hole mobility, on the other hand, is about a factor of 10 lower. It is typically found that the electron mobility of Cd1-xZnxTe is comparable to that of CdTe, while the hole mobility is somewhat lower than in CdTe.
where nhh/nlh is the ratio of occupancies of the two bands, which is approximately equal to
Scattering between the heavy-hole and light-hole bands must be taken into account.
After Wiley the mobilities are calculated separately for light-hole and heavy-hole bands, and the overall mobility is then estimated as:
The latter result is more intuitively pleasing, since U is often identified with the band offset between the constituents, and we expect the conduction band offset to be much greater than the valence band offset for CdTe/ZnTe, based on the common-anion rule.
Eq. (23) is solved by iteration, with the f(E±kT)terms (o2n4) the right hand side being set to zero in the first pass. After each iteration the mobility is calculated as
The dielectric constant is assumed to be a linear interpolation between CdTe (=10.9) and ZnTe (= 9.7) and using a zinc fraction of 0.13, as determined from the PL spectrum, a Bohr radius of 62.6 Å is predicted. From this one can obtain an exciton reduced mass of 0.090m0, which implies a hole effective mass of 0.40m0, which is a little below the conductivity effective mass (0.47m0 for ZnTe, 0.53m0 for CdTe).
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Two factors are relevant to the dependence of the carrier mobilities on alloy composition : first, the alloy scattering rate varies as x(1-x) and therefore is greatest in the middle of the composition range; second, all scattering rates increase with the effective mass of the carrier, which in turn increases with bandgap.
for electrons.
11
Valence band wave functions have p-like symmetry rather than s-like, which makes the matrix elements that appears in the scattering probability more difficult to evaluate.