本章主要内容 半导体探测器的工作原理。 半导体探测器与气体探测器相比,有哪些优点和 缺点? ·成为半导体探测器需要满足的条件。 ·使一个PN结成为实用的核辐射探测器需要满足的 条件。 金硅面垒探测器的构成和工作原理 硅锂漂移探测器的构成和工作原理 高纯锗探测器的构成和工作原理 ·比较三种常用半导体探测器的特性
本章主要内容 • 半导体探测器的工作原理。 • 半导体探测器与气体探测器相比，有哪些优点和 缺点？ • 成为半导体探测器需要满足的条件。 • 使一个PN结成为实用的核辐射探测器需要满足的 条件。 • 金硅面垒探测器的构成和工作原理。 • 硅锂漂移探测器的构成和工作原理。 • 高纯锗探测器的构成和工作原理。 • 比较三种常用半导体探测器的特性
半导体探测器 Semiconductor Detector
半导体探测器 Semiconductor Detector
简介 上个世纪60年代开始有商品生产的半导体探测器 以后,得到了迅速的发展; ·广泛的应用: 重带电粒子:金硅面垒探测器; Ⅹ射线:锂漂移硅探测器; -γ射线:高纯锗探测器 等
简介 • 上个世纪60年代开始有商品生产的半导体探测器 以后，得到了迅速的发展； • 广泛的应用： – 重带电粒子：金硅面垒探测器； – X射线：锂漂移硅探测器； – 射线：高纯锗探测器 等
工作原理 基于电离效应的探测器 与气体探测器类似,核辐射在探测器灵敏体积内产生 电子一空穴对,在电场作用下,向两极漂移,形成信 号 是不是把一块简单的半导体材料加上电极就 可以成为一个半导体探测器呢?
基于电离效应的探测器 与气体探测器类似，核辐射在探测器灵敏体积内产生 电子－空穴对，在电场作用下，向两极漂移，形成信 号。 工作原理 是不是把一块简单的半导体材料加上电极就 可以成为一个半导体探测器呢？
电离室成为探测器的要求 无核辐射入射时,不产生信号或信号可忽略; 有核辐射入射时,在灵敏区内产生电子离子对; 电子离子对在电场作用下向两极漂移,漂移过程 中没有明显损失
电离室成为探测器的要求 • 无核辐射入射时，不产生信号或信号可忽略； • 有核辐射入射时，在灵敏区内产生电子离子对； • 电子离子对在电场作用下向两极漂移，漂移过程 中没有明显损失
半导体物理基础 金硅面垒探测器 高纯锗探测器 锂漂移硅探测器
• 半导体物理基础 • 金硅面垒探测器 • 高纯锗探测器 • 锂漂移硅探测器
固体理论中的能带理论 3 允许带 禁带 2 允许带 禁带 允许带 原子能级 电子的共有化运动一能带 泡利不相容 能量略有差别,几乎连续的几个能级
电子的共有化运动 能带 泡利不相容 能量略有差别，几乎连续的几个能级 允许带 允许带 允许带 禁带 禁带 原子能级 固体理论中的能带理论 1 2 3
空带 禁带 价带 绝缘体:价带是满带 导体:价带不满(导带) 禁带 半导体:价带是满带, 满带 但与空带间隙很小。 常用半导体材料:Si、Ge(Ⅳ族元素)
绝缘体：价带是满带 导 体：价带不满（导带） 半导体：价带是满带， 但与空带间隙很小。 禁带 禁带 空带 价带 满带 常用半导体材料：Si、Ge (IV族元素)
半导体的基本性质 本征半导体:理想的、纯净的半导体 载流子 HH电 载流子由热运动产生,本征半导体的导电能力是有限的
本征半导体： 理想的、纯净的半导体。 半导体的基本性质 载流子由热运动产生，本征半导体的导电能力是有限的 载流子
本征半导体中由于热运动产生的电子和空穴密度: n=p=10c(-EG/2k7) 禁带宽度:EG(Si@300K)=1.12eV EG(Ge@300K)=0.67eV 室温下的本征硅,=P=2×100/cm2 本征锗,=P=24×10/cm 金属中电子的密度02/cm 本征半导体中的载流子密度比导体要小得多
本征半导体中由于热运动产生的电子和空穴密度： n p 10 exp E 2k T G 19 禁带宽度： EG (Si@300K) 1.12eV EG (Ge@300K) 0.67eV 室温下的本征硅， 1 0 3 n p 210 / cm 本征锗， 1 3 3 n p 2.410 / cm 本征半导体中的载流子密度比导体要小得多。 金属中电子的密度 22 3 10 / cm