半導(dǎo)體探測器ppt課件(2)-免費閱讀
【正文】 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， E~2 104V/cm，改善信噪比。 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 。 4) HPGe半導(dǎo)體探測器可在 常溫下保存 ，低溫下工作 。 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) 。 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)。 (1) 一端表面蒸 Li， Li離子化為 Li+,形成 PN結(jié)。半導(dǎo)體探測器隨著使用時間的增加，造成 載流子壽命變短 ，影響載流子的收集。 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 。 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)。反向電壓越高，結(jié)區(qū)越寬。 勢壘區(qū)內(nèi)為 耗盡層 ， 無載流子存在 ， 實現(xiàn) 高電阻率 ， 達(dá) ，遠(yuǎn)高于本征電阻率 。 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 ，對硅來說摻雜對電阻率的影響比鍺顯著得多。 但其代價為 載流子的壽命將大大縮短 。 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 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 一定很 接近 禁帶底部 (即價帶頂部 )，室溫下價帶中電子容易躍遷這些能級上；在價帶中出現(xiàn)空穴。 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 。 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 )。 在室溫下 ， 這些雜質(zhì)原子幾乎全部電離 。 所以 ： kTEpngeCCpn /???? 可見，對半導(dǎo)體材料，在一定溫度下， n 半導(dǎo)體中的 平均電離能 與入射粒子能量無關(guān) 。 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。 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)。則 aW ?一般可寫成： 02/1002VeNVWi????????????Ni為 摻雜少 的一邊的 雜質(zhì)濃度 。 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 。 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
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