《半導體探測器》ppt課件 (2)-文庫吧
2024-12-30 10:23 本頁面
【正文】 i Ge 300186。K 77186。K 入射粒子在半導體介質(zhì)中 平均 產(chǎn)生 一對電子空穴 需要的能量。 半導體中的 平均電離能 與入射粒子能量無關(guān) 。 在半導體中消耗能量為 E時 ， 產(chǎn)生的載流子數(shù)目 N為： /N E w?2) 載流子的漂移 由于 電子遷移率 ?n 和 空穴遷移率 ?p 相近 ， 與氣體探測器不同 ， 不存在 電子型或空穴型半導體探測器 。 對 N型半導體 ，電子的漂移速度為 Eunn?? ??對 P型半導體 ，空穴的漂移速度為 Eu pp ?? ?? 電場較高時，漂移速度隨電場的增加較慢，最后達到 載流子 的 飽和速度 ～ 107cm/s。 3) 電阻率 與 載流子壽命 半導體電阻率 ： ? ?pn pne ??? ????1 ? ?cm??本征電阻率 ： iScm??? eGcm??1 0 0~50 摻雜將大大降低半導體的電阻率 ，對硅來說摻雜對電阻率的影響比鍺顯著得多。當半導體材料被冷卻到液氮溫度時將大大提高電阻率。 載流子壽命 ?載流子在俘獲以前，可在晶體中自由運動的時間。只有當漂移長度 大于靈敏體積的長度才能保證載流子的有效收集。對高純度的 Si和 Ge ?～ 103s，決定了 Si和 Ge為最實用的半導體材料。 EL ??? ?? 高的電阻率 和 長的載流子壽命 是組成半導體探測器的關(guān)鍵。 PN結(jié)半導體探測器 PN結(jié)半導體探測器的工作原理 1) PN結(jié)區(qū) (勢壘區(qū) )的形成 (1) 多數(shù)載流子擴散 ， 空間電荷 形成 內(nèi)電場 并形成 結(jié)區(qū) 。 結(jié)區(qū)內(nèi)存在著勢壘 ， 結(jié)區(qū)又稱為 勢壘區(qū) 。 勢壘區(qū)內(nèi)為 耗盡層 ， 無載流子存在 ， 實現(xiàn) 高電阻率 ， 達 ，遠高于本征電阻率 。 cm??1010(2) PN結(jié)內(nèi)的電流 SGf III ??If － 能量較高的 多子穿透內(nèi)電場，方向為 逆 內(nèi)電場方向 ； IG－ 在結(jié)區(qū)內(nèi)由于 熱運動產(chǎn)生 的電子空穴對； IS－ 少子擴散 到結(jié)區(qū)。 IG， IS的方向為 順 內(nèi)電場方向 。 EP NIf IG , IS GI g W e? ? ?平衡狀態(tài)時： (3) 外加電場下的 PN結(jié)： 即在使 結(jié)區(qū)變寬 的同時 ， IG 增加 , IS不變 ， If減小 ，并出現(xiàn) IL， 此時表現(xiàn)的宏觀電流稱為 暗電流 。 在外加反向電壓時的 反向電流： 少子的擴散電流，結(jié)區(qū)面積不變， IS 不變 ； 結(jié)區(qū)體積加大，熱運動產(chǎn)生電子空穴多， IG 增大 ； 反向電壓產(chǎn)生 漏電流 IL ，主要是表面漏電流。 在 PN結(jié)上加 反向電壓 ，由于結(jié)區(qū)電阻率很高，電位差幾乎都降在結(jié)區(qū)。 反向電壓形成的電場與內(nèi)電場方向一致。 外加電場使結(jié)區(qū)寬度增大。反向電壓越高，結(jié)區(qū)越寬。 2) PN結(jié)半導體探測器的特點 (1) 結(jié)區(qū)的空間電荷分布，電場分布及電位分布 PN結(jié) 內(nèi) N區(qū) 和 P區(qū) 的 電荷密度 分別為： 式中 ND和 NA分別代表 施主雜質(zhì) 和 受主雜質(zhì) 濃度；a,b則代表空間電荷的厚度 。 一般 a,b不一定相等 ， 取決于兩邊的雜質(zhì)濃度 ， 耗盡狀態(tài)下 結(jié)區(qū)總電荷為零 ，即 ND a＝ NA b。 )0()0()(bxxaeNeNxAD???????????PNntype ptype + + + + + + + + + + + + + + + a b004( ) ( )DeNE x x a????)0( ??? xa)0( bx ??04( ) ( )AeNE x b x????電場為 非均勻電場： 電位分布 可由電場積分得到 ： 020)(2)( VaxeNx D ???? ??? )0( ??? xa)0( bx ?? 20)(2)( bxeNx A ?? ???( / )E d d x???(2) 結(jié)區(qū)寬度 與 外加電壓 的關(guān)系 當 x =
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