《半導(dǎo)體探測器》ppt課件 (2)-預(yù)覽頁
【正文】 級(jí) 施主雜質(zhì) 為 V族 元素 ， 其 電離電位 ED很低 ， 施主雜質(zhì)的 能級(jí) 一定 接近 禁帶頂部 (即導(dǎo)帶底部 )。 電子濃度 ： DNn ?施主雜質(zhì)濃度 4)受主 雜質(zhì) (Acceptor impurities)與 受主 能級(jí) 受主雜質(zhì) 為 III族 元素，其 電離電位EA很低 ， 受主雜質(zhì)的 能級(jí) 一定很 接近 禁帶底部 (即價(jià)帶頂部 )，室溫下價(jià)帶中電子容易躍遷這些能級(jí)上；在價(jià)帶中出現(xiàn)空穴。 Cn和 Cp為與禁帶內(nèi)能級(jí)分布無關(guān)的 常數(shù) 。 但其代價(jià)為 載流子的壽命將大大縮短 。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。 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)硅來說摻雜對(duì)電阻率的影響比鍺顯著得多。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。 勢壘區(qū)內(nèi)為 耗盡層 ， 無載流子存在 ， 實(shí)現(xiàn) 高電阻率 ， 達(dá) ，遠(yuǎn)高于本征電阻率 。 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。反向電壓越高，結(jié)區(qū)越寬。則 bW ?當(dāng) NAND時(shí)， ab。 2) 金硅面壘 (Surface Barrier)探測器 一般用 N型高阻硅 ， 表面蒸金 50～ 100?g/cm2 氧化形成 P型硅 ，而形成 PN結(jié)。 脈沖前沿從粒子入射至全部載流子被收集 (tc)。 主要性能 主要用于測量 重帶電粒子 的 能譜 ，如 ?,p等，一般要求 耗盡層厚度 大于 入射粒子的射程 。 1 2. 36 4. 08E F w E Ke V? ? ? ? ?以 210Po的 E＝ 的 ?粒子為例， 對(duì)一種 PN結(jié)探測器，由于輸出脈沖幅度的 統(tǒng)計(jì)漲落 引起的線寬為： (2) 探測器和電子學(xué)噪聲 探測器的噪聲 由 PN結(jié)反向電流 及 表面漏電流 的 漲落 造成； 電子學(xué)噪聲 主要由第一級(jí) FET構(gòu)成，包括： 零電容噪聲 和 噪聲斜率 。半導(dǎo)體探測器隨著使用時(shí)間的增加，造成 載流子壽命變短 ，影響載流子的收集。 由于一般半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度和外加高壓的限制， 耗盡層厚度 為 1～ 2mm。 (1) 一端表面蒸 Li， Li離子化為 Li+,形成 PN結(jié)。 (3) 形成 PIN結(jié)，未漂移補(bǔ)償區(qū)仍為 P，引出電極。 雜質(zhì)濃度 電荷分布 電位 電場 2) 工作條件 為了 降低 探測器本身的 噪聲 和 FET的 噪聲 ，同時(shí)為降低探測器的表面漏電流，鋰漂移探測器和場效應(yīng)管 FET都置于 真空低溫 的容器內(nèi)， 工作于液氮溫度 (77K)。 高純鍺 (HPGe)半導(dǎo)體探測器 由耗盡層厚度的公式： 02/1002VeNVWi????????????降低 雜質(zhì)的濃度 Ni可提高耗盡層的厚度。 1. 高純鍺探測器的工作原理 1) PN結(jié)的構(gòu)成 采用 高純度 的 P型 Ge單晶 ， 一端表面通過蒸發(fā)擴(kuò)散或加速器離子注入施主雜質(zhì) (如磷或鋰 )形成 N區(qū) 和 N+， 并形成PN結(jié) 。 空間電荷密度很小 ， P區(qū)的 耗盡層厚度大 。 4) HPGe半導(dǎo)體探測器可在 常溫下保存 ，低溫下工作 。 2. 輸出信號(hào) 與電離室相似，載流子漂移速度快，載流子收集時(shí)間就短，可以獲得快上升時(shí)間的輸出電壓脈沖。 EFE ???? ?1)( E NCE ??? 為 漏電流和噪聲 ； 3E? 為 載流子由于陷阱效應(yīng)帶來的漲落 ，通過適當(dāng) 提高偏置電壓減小 。 譜儀的組成 ： 多道脈沖幅度分析器 (一般大于 4000道，現(xiàn)在一般都帶有數(shù)字穩(wěn)譜功能 )； 計(jì)算機(jī) (譜解析軟件及定量分析軟件 )。 大小 CdTe 50 650eV HgI2 62 500 GaAs 32 Z gE 0w F W HM ?? ??2. 雪崩型半導(dǎo)體探測器 內(nèi)放大及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， E~2 104V/cm，改善信噪比。
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