《半導(dǎo)體探測器》ppt課件 (2)-全文預(yù)覽
【正文】 制成的 PN結(jié) 半導(dǎo)體探測器。 對 Ge(Li)探測器 ， 由于鋰在鍺中的遷移率較高 ， 須保持在低溫下 ， 以防止 Li+Ga離子對 離解 ， 使 Li+沉積而破壞原來的補(bǔ)償； 對 Si(Li)探測器 ， 由于鋰在硅中的遷移率較低 ， 在 常溫下保存 而無永久性的損傷 。 P N+ Intrinsic Semi Front metallization Ohmic back contact To positive bias voltage 由硅作為基體的探測器稱為 Si(Li)探測器 ，由鍺作為基體的探測器稱為 Ge(Li)探測器 。 (2) 另一端表面蒸金屬，引出電極。 對強(qiáng)穿透能力的輻射而言， 探測效率 受很大的局限。例如，對 ?粒子，當(dāng)達(dá)到 109cm2時，分辨率開始變壞，達(dá)到 1011cm2時明顯變壞。 噪聲的表示方法 ： 等效噪聲電荷 ENC，即放大器輸出噪聲電壓的均方根值等效于放大器輸入端的噪聲電荷，以 電子電荷 為單位；由于噪聲 疊加 在射線產(chǎn)生的信號上，使 譜線進(jìn)一步 加寬 ，參照產(chǎn)生信號的射線的能量，用 FWHM表示，其單位就是 KeV。 1) 能量分辨率 影響能量分辨率的因素 為： (1) 輸出 脈沖幅度的統(tǒng)計(jì)漲落 EwFvEEN????? ? 式中： F為法諾因子 ， 對 Si， F=；對Ge， F=。 t)(tVctad CCeNh???)(/ 0 ad CCRtadeCCeN ????但是，由于 輸出電壓脈沖幅度 h與 結(jié)電容 Cd有關(guān)，而 結(jié)電容 隨 偏壓 而變化，因此當(dāng)所加偏壓不穩(wěn)定時，將會使 h 發(fā)生附加的漲落， 不利于能譜的測量；為解決該矛盾， PN結(jié)半導(dǎo)體探測器通常 不用 電壓型 或 電流型 前置放大器，而是采用電荷靈敏前置放大器 。工藝成熟、簡單、價廉。則 aW ?一般可寫成： 02/1002VeNVWi????????????Ni為 摻雜少 的一邊的 雜質(zhì)濃度 。 2) PN結(jié)半導(dǎo)體探測器的特點(diǎn) (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 。 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)。 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?yàn)?逆 內(nèi)電場方向 ； IG－ 在結(jié)區(qū)內(nèi)由于 熱運(yùn)動產(chǎn)生 的電子空穴對； IS－ 少子擴(kuò)散 到結(jié)區(qū)。 EL ??? ?? 高的電阻率 和 長的載流子壽命 是組成半導(dǎo)體探測器的關(guān)鍵。當(dāng)半導(dǎo)體材料被冷卻到液氮溫度時將大大提高電阻率。 半導(dǎo)體中的 平均電離能 與入射粒子能量無關(guān) 。 對本征半導(dǎo)體 ： ii pn ?對雜質(zhì)半導(dǎo)體 ： ，但仍滿足 2inpn ??pn ?當(dāng) n = p 時，載流子總數(shù) 取最小值。 所以 ： kTEpngeCCpn /???? 可見，對半導(dǎo)體材料，在一定溫度下， n所以，此時 多數(shù)載流子 為 空穴 ，雜質(zhì)原子成為 負(fù)電中心 。 在室溫下 ， 這些雜質(zhì)原子幾乎全部電離 。 T為材料的絕對溫度 ， EG為能級的禁帶寬度 。 產(chǎn)生每個信息載流子的平均能量分別為30eV(氣體探測器 )， 300eV(閃爍探測器 )和 3eV(半導(dǎo)體探測器 )。 我們把 氣體探測器 中的 電子－離子對 、 閃爍探測器 中被 PMT第一打拿極收集的電子 及 半導(dǎo)體探測器 中的 電子－空穴對 統(tǒng)稱為 探測器的信息載流子 。 常用半導(dǎo)體材料為 硅 (Si)和 鍺 (Ge)，均為 IV族元素 . 理想、無雜質(zhì)的半導(dǎo)體 . 固體物理理論已證明半導(dǎo)體內(nèi)的 載流子平衡濃度 為 ： /21910 GE kTiin p e?? ? ? ni和 pi為 單位體積 中的 電子 和 空穴 的數(shù)目 ，下標(biāo) “ i”表示 本征 (Intrinsic)材料 。 3) 施主 雜質(zhì) (Donor impurities)與 施主 能
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