致电离辐射探测学课件

1、第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器六十年代发展起来的，其探测介质是半导体材料六十年代发展起来的，其探测介质是半导体材料优点优点（1 1）能量分辨率高）能量分辨率高（2 2）线性范围宽）线性范围宽（3 3）金硅面垒或）金硅面垒或PNPN型探测器：输出脉冲上升时间快（毫微型探测器：输出脉冲上升时间快（毫微秒）秒） 体积小体积小缺点：缺点： 辐射后性能变坏辐射后性能变坏 温度效应温度效应第五章第五章 半导体探测器半导体探测器Si和和Ge半导体探测器作为半导体探测器作为“黄金标准黄金标

2、准”应用在电子和伽玛应用在电子和伽玛射线的谱学测量中射线的谱学测量中为什么？为什么？非常高的能量分辨率（很小的能量产生电子非常高的能量分辨率（很小的能量产生电子空穴对）空穴对）高的密度（相对与气体）高的密度（相对与气体）很好的载流子收集特性很好的载流子收集特性优良的时间特性优良的时间特性第五章第五章 半导体探测器半导体探测器半导体探测器与气体探测器的比较基本工作原理非常类似 电离探测器材料的原子-产生正、负载流子 外电场漂移、输运和收集电荷载流子 由于载流子的运动，在载流子的收集过程中感应信号不同点： 固态计数器有较高的密度（dE/dx） 小的电离能 较高的迁移率 两种类型的载流子都快第五章第

3、五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第一节第一节 半导体探测器的基本原理半导体探测器的基本原理第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器p and n type semiconductorSiSiSiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiBSin-type (valence 5 impurity)p-type (valence 3 impurity)Conduction bandValence bandEg1 eVConduction bandValence bandEg1 eVDonor statesAccepto

4、rstates第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第五章第五章 半导体探测器半导体探测器第二节第二节 PNPN结的性质结的性质(5.1)(5.1)第五章第五章 半导体探测器半导体探测器在结区空间电荷密度为：在结区空间电荷密度为：由于总电荷应为零，故有由于总电荷应为零，故有 120510daxN exdxN edx 当 . 当 -1252dad Nd N .第五章第五章 半导体探测器半导体探测器一、结区的电场分布一、结区的电场分布泊松方程：泊松方程：对（对（5.35.3）式积分可得

5、两区的电场分布）式积分可得两区的电场分布 225.3d V xxdx 105.4ddV xeNE xdxxdx 当 a 205.4badV xeNE xxdxdx 当 第五章第五章 半导体探测器半导体探测器二、结区的宽度二、结区的宽度对（对（5.4a5.4a）式积分可以得到势垒高度：）式积分可以得到势垒高度：结区的宽度：结区的宽度：以以P P型硅为基体的半导体探测器的结区宽度型硅为基体的半导体探测器的结区宽度半导体材料的电阻率半导体材料的电阻率 2102deN dV 5.511220022nddvVdeN 5.6a1202pdVdeN 5.6b 1npe np 5.7=第五章第五章 半导体探测

6、器半导体探测器1nndneneN1= 5.8a1ppapepeN1= 5.8b02nnndV 12 5.9a02pppdV 12 5.9b在在N型材料中型材料中在在P型半导体中型半导体中利用（利用（5.6）和（）和（5.8）式，分别对）式，分别对N型和型和P型材料可型材料可得得ndeNenpn11,其电子率dnNapNpapeNepnp11,其电阻率第五章第五章 半导体探测器半导体探测器室温下室温下 对对Si 对对Ge 12r16r0120228.85 101350480rnpF mcm V scm V s 代入代入 （5.9a）和）和 （5.9b）得）得 mVdn2/101)(5 . 0mV

7、dp2/102)( 3 . 0第五章第五章 半导体探测器半导体探测器三、三、PNPN结的反向偏压结的反向偏压第五章第五章 半导体探测器半导体探测器四、四、PNPN结的电容结的电容 结电容：结电容： 结区内空间电荷分布：结区内空间电荷分布：dndnddQCdVQAdAd eN1 21 222BddBddVQAeNAeN VeNdQACdVdn 5.11 利用利用(5.6a)(5.6a)第五章第五章 半导体探测器半导体探测器21 221 2212.13.5dnBdpBAmmCVmmCVmm pf/ N型 pf/ P型利用利用(5.10a)和和(5.10b)对硅探测器对硅探测器 第五章第五章 半导体探测器半导体探测器五、五、PNPN结的漏电流结的漏电流1.结区内部产生的体电流结区内部产生的体电流理论计算得出，结区内单位面积的体电流理论计算得出，结区内单位面积的体电流在硅中在硅中