第三章径迹测量-固体探测器

第三章固体探测器1为什么要用半导体探测器？2半导体探测器是如何做成的，又是如何工作的？3探测器类型：微条和像素探测器、CCD4例子：LHC上的探测器1固体探测器——为什么要用硅？硅晶体的一些特性参数可选择的半导体如何得到信号？纯的(不掺杂)半导体的电子密度为n，空穴密度为p，并且n=p=ni，对于Si来说，在这个体积中有的自由电荷载体，而由最小电离粒子产生的电子－空穴对只有自由电荷载体的减少，也就是消耗探测器大多数探测器都是利用反向偏置的p-n结

掺杂、电阻系数以及p-n结反向偏置p+n结消耗电压的计算(二极管)单面微条探测器P+层嵌在微条(二极管微条探测器)里，而微条直接与读出系统相连位置分辨率是由微条与微条之间的距离p决定的

举例：探测到电荷(大于阈值)，利用微条中心来作为带电粒子的坐标典型的p值20m-150m之间如果p为50m，则位置分辨率为14.4m偏置电阻器与直流耦合偏置电阻器需要隔离微条以使彼此测量或收集每个微条的电荷高阻抗偏置连接(1M电阻器)耦合电容通过电容耦合输入放大器是为了避免由于漏电流而带来的直流电输入电容和电阻的积分偏置电阻是由掺杂的多晶硅组成电容是由金属输出线，这些金属线是由绝缘材料层(SiO2,Si3N4)彼此分开电荷信号对于最小电离粒子所产生的电荷信噪比(S/N)Landau分布有一个低能尾巴-由于噪声的加宽作用而变得更低由NADC>噪声尾巴来选择好的击中如果CUT太高效率损失大如果CUT太低将混入很多噪声S/N的典型值>10-15，探测器由于辐射而受到损坏将降低S/N电荷收集时间与扩散电荷收集时间扩散由于漂移电荷载体的散射，电荷“云”发生扩散，在td时间以后半径电子和空穴的半径相同，因为td1/典型的电荷半径6m，我们可以利用这个来得到更好的位置分辨，因为两相邻微条分享这些电荷(寻找电荷分布重心)，但需保证漂移时间足够长(低电场内)半导体探测器的特点半导体探测器的优点1非常好的位置分辨率目前是高能物理探测器和核探测器中位置分辨率最好的。这是因为半导体密度比气体高得多，带电粒子穿过探测器产生的电子－空穴对的密度比一个大气压的气体高三个数量级。另外信噪比也比较高，并且每个读出条对应一路读出电子学，更有利于空间分辨率的提高。目前硅微条探测器的位置分辨率可好于＝1.4m2很高的能量分辨率半导体探测器的能量分辨率比气体探测器高大约一个数量级。这是因为半导体中电离产生电子－空穴对只需3eV左右的能量，而气体原子电离需要30eV。而且带电粒子在半导体中的能损也很高，大约为390eV/m。因此同样能量的带电粒子在半导体中产生的电子－空穴对数要比气体中产生的离子对高一个数量级以上。这样电荷数的相对统计误差也比气体小很多，所以能量分辨率很高。3很宽线性范围由于再一定能量范围内，半导体的平均电离能与入射粒子的基本能量无关，所以半导体探测器具有很好的线性范围。4非常快的响应时间由于半导体的电子和空穴迁移率很高，而且探测器很薄，它的电荷在很小的区域内收集，所以响应时间非常快，一般可达5ns。5体积可做得很小由于半导体密度大，有一定刚度，所以它可以做得很薄，典型厚度是300m。半导体探测器的缺点是：对辐射损伤比较敏感，如果受到强辐射其性能将变差。双面硅探测器得到第二维坐标把p+和n+放在探测器的两面如图，并且分别读出信号。问题：电子堆积层由于在Si和SiO2界面的电子堆积层，所以n+-strip并不是绝缘的。这个效应是由于在SiO2层的正电荷感应电子而产生的。解决：“破坏”电子堆积层

探测器模块硅漂移探测器混合像素探测器电荷耦合器CCD-ChargedCoupledDevic