基于雪崩光电二极管的传感器及探测器制造技术

本公开是关于一种基于雪崩光电二极管的传感器及探测器，该传感器包括多个APD传感器，所述多个APD传感器以彼此平行的方式顺序堆叠设置，其中，所述多个APD传感器包括单管APD传感器或阵列APD传感器；该探测器包括所述传感器以及包括电流转电压放大模块和基线恢复模块的多通道读出电路，所述多通道读出电路与所述传感器电耦接，用于读出所述传感器输出的电流信号。本公开通过配置以彼此平行的方式顺序堆叠设置的多个APD传感器，可以在实现亚纳秒时间分辨的情况下，同时实现高量子效率。通过配置多通道读出电路，可以读出APD传感器输出的微弱信号，较好地匹配APD传感器，从而提高了APD探测器的时间分辨性能及集成度。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及核探测技术和核电子学领域，具体而言，涉及一种基于雪崩光电二极管的传感器及探测器。
技术介绍
高时间分辨、高量子效率同步辐射探测器是第三代光源亟待突破的重要关键技术之一，国内外研究机构均在加大投入积极开展时间分辨探测器的研究。基于雪崩光电二极管(APD)的探测器可以对X射线进行直接探测，并且在具有高计数率、高饱和度、大动态范围的特点的同时，又具有纳秒级或更快的时间分辨能力。APD探测器是当前超快X射线时间分辨实验中最常用的探测器，进一步提高其时间分辨能力和量子效率已成为探测器领域的热点研究课题。例如，当APD探测器应用于核同位素的共振非弹性散射(NRS)实验时，能够给出核素原子与周围配位原子相互作用的动力学行为；当APD探测器应用于X射线非共振非弹性散射(IXS)实验时，能够得到动量分辨的声子谱；当APD探测器应用于Pump-probe实验时，通过控制反应开始后不同固定时间间隔点处的信号测量最终拼接成完整时间过程的反应图像。目前，国际上欧洲同步辐射光源(ESRF)、日本同步辐射装置(SPring-8、KEK)与美国同步辐射装置(BNL、APS)等均开展了时间分辨APD探测器的相关研究工作，并取得了丰硕的研究成果。虽然对时间分辨APD探测器的研究取得了进步，但仍然存在一些不足：(1)现有APD探测器在实现亚纳秒时间分辨的情况下，不能同时实现高量子效率，从而极大地降低了实验效率。NRS试验中最常用核同位素57Fe的核共振能级为14.4keV，这些探测器对该能量X射线量子效率的最大值仅为25％；(2)现有APD探测器的读出电路采用商用插件或利用分立元件构成，使得读出电路不能良好地匹配APD传感器，从而降低了APD探测器的整体性能，并且不利于系统集成。因此，需要一种新的传感器和探测器，以实现亚纳秒时间分辨和高量子效率。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，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
本公开的目的在于提供一种基于雪崩光电二极管的传感器及探测器，能够实现亚纳秒时间分辨和高量子效率。根据本公开的一个方面，提供一种基于雪崩光电二极管的传感器，包括：多个APD传感器，所述多个APD传感器以彼此平行的方式顺序堆叠设置，其中，所述多个APD传感器包括单管APD传感器或阵列APD传感器。在本公开的一种示例性实施例中，所述单管APD传感器包括APD裸片、印刷电路板和金属底座，所述金属底座具有容置区域，其中，所述APD裸片设置在所述印刷电路板上，并且所述印刷电路板设置在所述金属底座的容置区域中。在本公开的一种示例性实施例中，所述APD裸片包括设置在其第一表面的阳极接触和设置在其与所述第一表面相对的第二表面的阴极接触，所述阳极接触通过导电胶与所述印刷电路板上的阳极引脚连接，所述阴极接触通过引线键合的方式与所述印刷电路板的阴极引脚连接。在本公开的一种示例性实施例中，所述APD裸片的下表面包括与所述印刷电路板耦接的接触部分，所述印刷电路板和所述金属底座的与除所述接触部分之外的所述APD裸片的下表面对应的部分被去除。在本公开的一种示例性实施例中，所述金属底座的所述容置区域的两侧设置有固定孔，所述固定孔用于将所述多个APD传感器固定在一起。在本公开的一种示例性实施例中，所述吸收层的厚度占所述感光主体的总厚度的90％以上。根据本公开的一个方面，提供一种基于雪崩光电二极管的探测器，包括：如上述任意一项所述的传感器；多通道读出电路，所述多通道读出电路与所述传感器电耦接，用于读出所述传感器输出的电流信号。在本公开的一种示例性实施例中，所述多通道读出电路包括电流转电压放大模块，所述电流转电压放大模块用于接收来自所述传感器的所述电流信号，对所述电流信号进行放大、转电压处理得到电压信号，并且将所述电压信号放大并输出。在本公开的一种示例性实施例中，所述多通道读出电路还包括基线恢复模块，所述基线恢复模块用于接收由所述电流转电压放大模块输出的信号，并且根据所接收到的信号与参考电压的比较结果向所述电流转电压放大模块输出调节电流信号。根据本公开的一些实施例，通过配置以彼此平行的方式顺序堆叠设置的多个APD传感器，可以在实现亚纳秒时间分辨的情况下，同时实现高量子效率。根据本公开的一些实施例，通过配置多通道读出电路，较好地匹配APD传感器，从而提高了APD传感器的时间分辨性能及集成度。根据本公开的一些实施例，通过将多通道读出电路配置成包括电流转电压放大模块，能够读出APD传感器输出的微弱信号。根据本公开的一些实施例，通过基线恢复模块消除了电流前置放大器的直流失调，保证了光生信号的准确甄别。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，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的APD探测器的原理框图；图2示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的APD探测器的结构图；图3的(a)、(b)和(c)分别示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的单管APD传感器的正视图、背视图和沿PP’线的截面透视图；图4的(a)、(b)和(c)分别示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的堆叠式APD传感器的正视图、背视图和沿PP’线的截面透视图；图5示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的APD裸片的结构图；图6示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的电流转电压放大模块与基线恢复模块的结构图；图7示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的高速甄别模块的结构图；图8示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的LVDS输出模块的结构图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。图1示意性示出了根据本专利技术的示例性实施方式的APD探测器的原理框图。参考图1，根据本专利技术的示例性实施方式的基于雪崩光电二极管的探测器可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雪崩光电二极管的传感器，其特征在于，包括：多个APD传感器，所述多个APD传感器以彼此平行的方式顺序堆叠设置，其中，所述多个APD传感器包括单管APD传感器或阵列APD传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于雪崩光电二极管的传感器，其特征在于，包括：多个APD传感器，所述多个APD传感器以彼此平行的方式顺序堆叠设置，其中，所述多个APD传感器包括单管APD传感器或阵列APD传感器。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述单管APD传感器包括APD裸片、印刷电路板和金属底座，所述金属底座具有容置区域，其中，所述APD裸片设置在所述印刷电路板上，并且所述印刷电路板设置在所述金属底座的容置区域中。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述APD裸片包括设置在其第一表面的阳极接触和设置在其与所述第一表面相对的第二表面的阴极接触，所述阳极接触通过导电胶与所述印刷电路板上的阳极引脚连接，所述阴极接触通过引线键合的方式与所述印刷电路板的阴极引脚连接。4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述APD裸片的下表面包括与所述印刷电路板耦接的接触部分，所述印刷电路板和所述金属底座的与除所述接触部分之外的所述APD裸片的下表面对应的部分被去除。5.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述金属底座的所述容置区域的两侧设置有固...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杨帆，李贞杰，李秋菊，刘鹏，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11