《半導(dǎo)體探測(cè)器》ppt課件 (2)-文庫(kù)吧
2024-12-30 10:23 本頁(yè)面
【正文】 i Ge 300186。K 77186。K 入射粒子在半導(dǎo)體介質(zhì)中 平均 產(chǎn)生 一對(duì)電子空穴 需要的能量。 半導(dǎo)體中的 平均電離能 與入射粒子能量無(wú)關(guān) 。 在半導(dǎo)體中消耗能量為 E時(shí) ， 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(cè)器不同 ， 不存在 電子型或空穴型半導(dǎo)體探測(cè)器 。 對(duì) N型半導(dǎo)體 ，電子的漂移速度為 Eunn?? ??對(duì) P型半導(dǎo)體 ，空穴的漂移速度為 Eu pp ?? ?? 電場(chǎng)較高時(shí)，漂移速度隨電場(chǎng)的增加較慢，最后達(dá)到 載流子 的 飽和速度 ～ 107cm/s。 3) 電阻率 與 載流子壽命 半導(dǎo)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(dǎo)體的電阻率 ，對(duì)硅來(lái)說(shuō)摻雜對(duì)電阻率的影響比鍺顯著得多。當(dāng)半導(dǎo)體材料被冷卻到液氮溫度時(shí)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(yùn)動(dòng)的時(shí)間。只有當(dāng)漂移長(zhǎng)度 大于靈敏體積的長(zhǎng)度才能保證載流子的有效收集。對(duì)高純度的 Si和 Ge ?～ 103s，決定了 Si和 Ge為最實(shí)用的半導(dǎo)體材料。 EL ??? ?? 高的電阻率 和 長(zhǎng)的載流子壽命 是組成半導(dǎo)體探測(cè)器的關(guān)鍵。 PN結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器 PN結(jié)半導(dǎo)體探測(cè)器的工作原理 1) PN結(jié)區(qū) (勢(shì)壘區(qū) )的形成 (1) 多數(shù)載流子擴(kuò)散 ， 空間電荷 形成 內(nèi)電場(chǎng) 并形成 結(jié)區(qū) 。 結(jié)區(qū)內(nèi)存在著勢(shì)壘 ， 結(jié)區(qū)又稱為 勢(shì)壘區(qū) 。 勢(shì)壘區(qū)內(nèi)為 耗盡層 ， 無(wú)載流子存在 ， 實(shí)現(xiàn) 高電阻率 ， 達(dá) ，遠(yuǎn)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(chǎng)，方向?yàn)?逆 內(nèi)電場(chǎng)方向 ； IG－ 在結(jié)區(qū)內(nèi)由于 熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 的電子空穴對(duì)； IS－ 少子擴(kuò)散 到結(jié)區(qū)。 IG， IS的方向?yàn)?順 內(nèi)電場(chǎng)方向 。 EP NIf IG , IS GI g W e? ? ?平衡狀態(tài)時(shí)： (3) 外加電場(chǎng)下的 PN結(jié)： 即在使 結(jié)區(qū)變寬 的同時(shí) ， IG 增加 , IS不變 ， If減小 ，并出現(xiàn) IL， 此時(shí)表現(xiàn)的宏觀電流稱為 暗電流 。 在外加反向電壓時(shí)的 反向電流： 少子的擴(kuò)散電流，結(jié)區(qū)面積不變， IS 不變 ； 結(jié)區(qū)體積加大，熱運(yùn)動(dòng)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(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致。 外加電場(chǎng)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(dǎo)體探測(cè)器的特點(diǎn) (1) 結(jié)區(qū)的空間電荷分布，電場(chǎng)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(chǎng)為 非均勻電場(chǎng)： 電位分布 可由電場(chǎng)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(dāng) x =
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