辐射测量与防护第四章半导体探测器.pptxVIP

第四章半导体探测器;半导体探测器是一种以半导体材料作为探测介质的新型核辐射探测器，它有很好的能量分辨能力。

P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器以及其它类型半导体探测器。

半导体探测器多是由单晶材料制造的。;第一节半导体基本性质;二、本征半导体;三、P型和N型半导体;施主杂质：把电子贡献给导带的杂质，磷、砷、锑、锂等。

施主能级：那些结合不紧密的多余电子可以在禁带中占据一个位置，它们总是具有接近禁带上部的能量。

受主杂质：能接受满带中电子而产生导电空穴的杂质，硼、铝、镓、铟等。

受主能级：这些受主杂质也在正常禁带中建立了电子位置，形成受主杂质能级。;杂质的作用：虽然含量甚微，但它的Eg很小，只需很小的能量就可以产生电子和空穴，因此提供的载流子数远大于本征载流子数。

N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴称为多数载流子。

N型半导体中的空穴和P型半导体中的电子也参预导电，它们称为少数载流子。;四、半导体探测器的基本原理;用于探测器必须满足条件：

宽的禁带，以便工作温度高，温度范围大；

要求用作探测器的固体材料具有高的电阻率，才能保证加上较高的电场强度，而漏电流很小；

探测器材料必须有足够长的载流子漂移长度，以便载流子能通过灵敏区厚度d大（要大）的到达电极而不发生复合或俘获；

高原子序数，对γ射线有高的探测效率；

适当的晶体生长技术和电接触技术，便于探测器的制备。;第二节PN结型半导体探测器;在交界面附近自由电子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，是不能移动的，称为空间电荷区，形成内电场。

内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻碍扩散运动的进行。

在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的空穴和电子数目相等，从而达到动态平衡，形成PN结。

探测器在没有工作电压时的灵敏区，很薄，只有二十多微米。

在分析PN结特性时常忽略载流子的作用，只考虑离子区的电荷，这种方法称为“耗尽层近似”，故称空间电荷区为耗尽区。;PN结不加偏压时，能起到一定的探测器作用，但性能很差，自发??成的电场低，不利于收集，耗尽区薄，信噪比差。

当PN结加正向偏压时，加很低的电压，也会有很大的电流，信号将被淹没，无法作为探测器。;二、工作原理;入射粒子射入结区后，通过与半导体的相互作用，损失能量产生电子—空穴对。

在外加电场作用下，电子和空穴分别向两极漂移，于是在输出回路中形成信号。

当电场足够强时，电子和空穴在结区的复合和俘获可以忽略。

输出信号的幅度与带电粒子在结区消耗的能量成正比。

如果入射粒子的能量全部消耗在结区，则输出脉冲幅度与入射粒子能量成正比。;三、种类和结构;优点：制造工艺上不涉及高温，探测器材料能保持原来的良好性能，噪声低，能量线性好，能量分辨率高，入射窗薄，易于制得面积大且均匀的灵敏区，结果简单，操作方便。

用途：主要用于测量质子、α粒子和重离子等带电粒子。

注意：需在真空密封条件下使用，降低噪声，带电粒子射程。;2、扩散型;3、离子注人型;四、特性参量;（3）表面电流IL

半导体晶体表面原子的化学键是不饱和的，构成悬挂键。这些悬挂键，起着“施主”或“受主”的作用。

半导体表面总不可能是理想的清洁表面，总要吸附一些周围环境的各种分子或离子，使半导体表面带正电或负电，由于静电感应，使得体内电子或空穴向表面集中，形成所谓“反型层”。;2、结电容;3、窗厚;4、能量分辨率

作α粒子等重带电粒子能谱测量的比较理想的探测器。

影响因素：电子-空穴对数的统计涨落；核散射效应；探测器的噪声；空气和窗吸收的影响等。

能量线性关系良好。;5、P-N结的击穿电压

当P-N结的反向电压过大时，可能造成P-N结的“击穿”，这时反向电流急剧增大，甚至使器件损坏。

基体材料的电阻率越高，在同样外电压下耗尽层越厚，其中电场就越弱，就越不容易击穿。

其它影响因素：表面吸附电荷后造成的反型层、电阻率各处不同以及晶体内部缺陷所引起的杂质沉淀等因素都会造成局部电场集中，导致该处首先发生“雪崩”或击穿。