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
工作原理(重点) 与气体电离室类似,核辐射在探测器灵敏区内产生电 子一空穴对,在电场作用下,向两极漂移,形成信号
与气体电离室类似，核辐射在探测器灵敏区内产生电 子－空穴对，在电场作用下，向两极漂移，形成信号。 工作原理（重点）
成为半导体探测器的条件(重点) ·无核辐射入射时,灵敏区内载流子数目少,即漏电流小; ·核辐射能在灵敏区内产生电子空穴对,即能产生载流子; ·载流子寿命足够长,在一定电场下产生的载流子均能被收 集,要求半导体材料晶格缺陷和杂质少,即电阻率足够高 加了反向电压的PN结,是最早发展成熟并获得广泛应 用的半导体探测器
成为半导体探测器的条件（重点） • 无核辐射入射时，灵敏区内载流子数目少，即漏电流小； • 核辐射能在灵敏区内产生电子空穴对，即能产生载流子； • 载流子寿命足够长，在一定电场下产生的载流子均能被收 集，要求半导体材料晶格缺陷和杂质少，即电阻率足够高。 加了反向电压的PN结，是最早发展成熟并获得广泛应 用的半导体探测器
PN结成为探测器的条件(重点) 1)半导体材料电阻率足够高,杂质和缺陷少。 满足载流子寿命的要求,减小PN结电 容,改善探测器噪声 2)外加合适的反向电压 便合和停损失,电荷要注意:反向电压和电阻率不 使结电容变小,减少香则会使漏电流增加,噪声性 探测器噪声; 能变差。 c增加灵敏区厚度。 3)漏电流要足够小 降低工作温度减小体电流,改进表面工艺 减小表面漏电流等
PN结成为探测器的条件（重点） 2) 外加合适的反向电压； . c. a 电场增强，减少 复合和俘获损失，电荷 收集完全； b.使PN结电容变小，减少 探测器噪声； 增加灵敏区厚度。 1) 半导体材料电阻率足够高，杂质和缺陷少。 3) 漏电流要足够小 满足载流子寿命的要求，减小PN结电 容，改善探测器噪声 降低工作温度减小体电流，改进表面工艺 减小表面漏电流等。 要注意：反向电压和电阻率不 是越高越好，满足要求即可， 否则会使漏电流增加，噪声性 能变差
金硅面垒半导体探测器 属于PN结型探测器,结是在N型半导体和金之间形成 的,又称为面垒型探测器 N型硅 欧姆接触 聚四氟乙烯垫片金层硅片 A公铜壳 N么 D 镍或铝层NN聚四氟乙烯环 金层 铜帽 耗尽层 面垒探测器示意图 金娃面垒半导体探测器原理结构图 摘自《核辐射探测器及其实验技术手册(第二版)》汲长松编著
属于PN结型探测器，结是在N型半导体和金之间形成 的，又称为面垒型探测器 金硅面垒半导体探测器 摘自《核辐射探测器及其实验技术手册（第二版）》 汲长松编著
金硅面垒探测器的特点和用途 特点:入射窗薄(金层,40μg/cm2,约200A厚), 但光敏,耐高温特性不好,且灵敏区厚度不大, 在1mm以下 ·用于重带电粒子的能谱测量 用作定时探测器(全耗尽探测器)
特点：入射窗薄（金层， 40μg/cm2 ， 约200Å厚）， 但光敏，耐高温特性不好，且灵敏区厚度不大， 在1mm以下 • 用于重带电粒子的能谱测量 • 用作定时探测器（全耗尽探测器） 金硅面垒探测器的特点和用途
半导体物理基础 金硅面垒半导体探测器 高纯锗探测器 锂漂移硅探测器
• 半导体物理基础 • 金硅面垒半导体探测器 • 高纯锗探测器 • 锂漂移硅探测器
金硅面垒等PN结探测器耗尽层太薄(1mm以 下),可以探测重带电粒子,却不利于探测β和y 因此,必须想办法增加耗尽层的厚度
金硅面垒等PN结探测器耗尽层太薄（1mm以 下），可以探测重带电粒子，却不利于探测和。 因此，必须想办法增加耗尽层的厚度
28 e PN结探测器 增加反向电压 为了增大灵敏区厚度 降低净杂质浓度 纯化工艺一高纯探测器 补偿效应一PIN型探测器
为了增大灵敏区厚度 增加反向电压 降低净杂质浓度 纯化工艺—高纯探测器 补偿效应 —PIN型探测器 PN结探测器 1/ 2 d B n 2 eN εV d