半導(dǎo)體探測器ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 06:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 得很小。 14 6）抗磁場性能好 對磁場 (B10KG)不靈敏。 ? 缺點： 對輻射損傷比較靈敏 ? 半導(dǎo)體探測器的輻照損傷很嚴(yán)重。因為輻照在半導(dǎo)體中會造成晶格缺陷，致使半導(dǎo)體探測器的漏電流增大，性能下降。 ? 輻射損傷與輻射種類、劑量率以及輻照時間和條件有關(guān)。 ? 各國科學(xué)家就此問題從技術(shù)上正在進(jìn)行不斷地改進(jìn)提高。 15 167。 52 硅微條探測器的結(jié)構(gòu)和原理 Silicon Micro strip Detector （ SMD） 硅微條探測器的結(jié)構(gòu) 電觸點 ? 歐姆觸點（導(dǎo)電電極） 保持半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度平衡，漏電流大。 ? 閉鎖電極 半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度下降，漏電流小。 一般就是半導(dǎo)體 PN結(jié)的兩個面。 P+， N+：雜質(zhì)濃度很高的半導(dǎo)體薄層。 )/1(2NPPBP NNqN VW ?? ?)/1(2PNNBN NNqN VW ?? ?由此可見，耗盡層兩邊的寬度反比于雜質(zhì)的濃度， 選擇 NPNN，耗盡層 N型的一邊特別寬， P邊很窄， 即 P+N。 如： NP=1015cm3， NN=5x1012cm3， VB=100V 則 WP=?m， WN=300?m 常采用 P+NN+ 16 結(jié)構(gòu) ? 薄鋁條、 SiO2隔離條、重?fù)?P+條 ? ~300?m厚的 N型硅基，靈敏區(qū) ? 重?fù)?N+層和鋁薄膜組成的背襯電極 ? 微條（信號讀出條），條距決定空間分辨率 ? 保護環(huán)，屏蔽（噪聲、輻照） ? 偏壓連接帶、電阻 ? 直流、交流接觸片，信號通過它們連接前放。 17 ? 硅微條探測器是在一個 n 型硅片的表面上 , 通過氧化和離子注入法 , 局部擴散法或表面位壘法及光刻等技術(shù)工藝制作成的。 ? 其表面是均勻平行的附有一層鋁膜的重攙雜 p+微條。 n 型硅片的整個底面摻入雜質(zhì)后 , 制成 n 型重攙雜 n+層 , 其外層也附有一層鋁 , 作為電極接觸。這樣制成了表面均勻條形的pn結(jié)型單邊讀出的探測器。 ? 中間部分的耗盡層是探測器的靈敏區(qū) , 當(dāng)在這些條型 pn結(jié)加上負(fù)偏壓時 , 耗盡層在外加電場的作用下 , 隨著電壓升高而變厚。當(dāng)電壓足夠高 , 耗盡層幾乎擴展到整個 n 型硅片 , 基本達(dá)到了全耗盡 , 死層變得非常薄。因為其內(nèi)部可移動的載流子密度很低 , 電阻率很高 , 漏電流非常小 (好的硅微條探測器漏電流小于 100pA )。外加電壓幾乎全部加到耗盡區(qū)上 , 形成很高的電場。 ? 在無輻射電離時 , 基本沒有信號產(chǎn)生。當(dāng)有帶電粒子穿過探測器的靈敏區(qū)時 , 將產(chǎn)生電子－空穴對 , 在高電場的作用下 , 電子向正極 (底板 )漂移 , 空穴向靠近徑跡的加負(fù)偏壓的微條漂移，在這很小的區(qū)域內(nèi) (探測器厚度在 300μm 左右 ) 收集電荷只需很短的時間 (幾 ns左右 )。在探測器的微條上很快就讀出了這個空穴 (實為電子 ) 運動產(chǎn)生的電荷信號。讀出電子學(xué)得到這個電荷信號 , 經(jīng)過前置放大器將信號放大 , 再經(jīng)過模擬通道 , 比較器 , 模數(shù)轉(zhuǎn)換 (ADC) 后讀入計算機。 18 ? 探測器厚度選擇 在設(shè)計、制作和使用硅微條探測器時需要考慮的一個重要原則問題是帶電粒子在半導(dǎo)體探測器中的散射角度與探測器的厚度問題。 因為半導(dǎo)體的密度比較大 , 帶電粒子穿過探測器時 , 在探測器內(nèi)部要經(jīng)過多次散射。 ? 如果帶電粒子的能量不高 , 探測器比較厚 , 粒子在探測器內(nèi)經(jīng)過很多次散射后 , 角度偏轉(zhuǎn)比較大 , 這將不利于粒子的徑跡和頂點精確測量。 ? 如果探測器太薄了 , 雖然散射次數(shù)減少 , 偏轉(zhuǎn)角度小了 , 但探測效率降低了，能量分辨也差了。 ? 因此 , 一定要根據(jù)被探測粒子的能量及實驗對散射偏轉(zhuǎn)角度的要求 , 恰當(dāng)?shù)倪x擇探測器厚度。 19 ? 讀出方式 ? 直流耦合 DC：鋁電極與獨立的擴散層直接接觸 ? 交流耦合 AC：鋁電極與每個擴散層以電容耦合方式接觸。 AC讀出的優(yōu)點是每個二極管的漏電流不會流到讀出電極上，因而噪聲小。不過偏壓加載要
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