[工学]第10章 半导体探测器.pptVIP

* CdTe, CdZnTe, HgI2 的特性参数 CdTe CdaZnbTe HgI2 Si Ge 原子序数 48/52 48/30/52 80/53 14 32 禁带宽度(eV) 1.44 1.64(a=0.8,b=0.2) 1.53(a=0.96,b=0.04) 2.13 1.12 0.67 密度(g/cm3) 6.2 ～6 6.4 2.33 5.33 电阻率(Ω cm) 109 1011 1013 up to 104 50 电子迁移率(cm2/V.s) 1100 1350 100 1400 3900 空穴迁移率(cm2/V.s) 100 120 4 480 1900 μτ(e) (cm2/V) 3.3×10-3 1×10-3 10-4 1 1 μτ(h)(cm2/V) 2×10-4 6×10-6 4×10-5 ≈ 1 1 电离能/e-h对 4.43 5.0 4.3 3.61(300K) 3.76(300K) 2.98(77K) 最佳γ射线能量分辨率 1.7keV@60keV(300K) 3.5keV@122keV(300K) 11.6keV@662keV(300K) 3.2keV@122keV(300K) 5.96keV@662keV(300K) 400eV@60keV（77K） 550eV@122keV(77K) 400eV@122keV(77K) 900eV@662keV(77K) 1300eV@1332keV(77K) * 能量分辨 率1.2% * 这三类探测器的优势 市场上已在销售这三种材料制成的 探测器，谱仪， 成像系统。 85%的100keV光子被完全吸收： 1mm厚的HgI2, 2.6mm厚的CdTe, 10mm厚的Ge 高探测效率(高Z，高密度）， CdTe 的光电几率是Ge 4～5倍, HgI2 为 50倍 室温操作（高带宽） 高电阻率 小的探测器体积 * 载流子寿命短，大尺寸下探测器的能量分辨率不好是这些材料的主要缺点。 HgI2:Kansas State Univ. * 2. 雪崩型半导体探测器 内放大及结构特点，E~2×104V/cm，改善信噪比。 用于生物、医学领域，体内测量软X射线。 3. 位置灵敏半导体探测器 硅微条位置灵敏探测器(SMD)，条距为20?m，工作于全耗尽状态。位置分辨率可达2～3 ?m。 * 锂离子在外加电场作用下向右漂移。 NLi较大处会引起电场变化，加速多余的锂离子向右漂移。 a b 锂离子漂移区域不存在空间电荷，为均匀电场分布。 * 二．锂漂移探测器的工作原理 1. 空间电荷分布、电场分布及电位分布 杂质浓度 电荷分布 电位 电场 关于I区： 完全补偿区，呈电中性为均匀电场； 为耗尽层，电阻率可达1010?cm； 厚度可达10～20mm，为灵敏体积。 * 2. 工作条件 为了降低探测器本身的噪声和FET的噪声，同时为降低探测器的表面漏电流，锂漂移探测器和场效应管FET都置于真空低温的容器内，工作于液氮温度(77K)。 对Ge(Li)探测器 由于锂在锗中的迁移率较高，须保持在低温下，以防止Li+Ga-离子对 离解，使Li+沉积而破坏原来的补偿； 对Si(Li)探测器 由于锂在硅中的迁移率较低，在常温下保存而无永久性的损伤。 * 要求低温条件： 室温下，离子对会离解； 降低反向电流和噪声。 * §10.1 半导体基本性质 §10.2 均匀型半导体探测器 §10.3 P-N结型半导体探测器 §10.4 P-I-N型半导体探测器 §10.5 高纯锗HPGe半导体探测器 §10.6 锂漂移和HPGe半导体探测器的性能与应用 §10.7 其它半导体探测器 ? * §10.5 高纯锗HPGe半导体探测器 一．why HPGe detector？ 二. HPGe的工作原理 三. HPGe的制备过程 * 一. why HPGe detector？ 锂漂移探测器需要低温保存与使用 生产周期(锂漂移时间)长：30～60天 1980年之后，Ge(Li)已经停止生产，并被HPGe所取代 HPGe技术产生于70年代中期 Ge的纯度可以达到PPT（10-12） Si的纯度难以做到这个纯度（也许是熔点问题？Si:1410 ℃ ，Ge:959℃） * 二．工作原理 耗尽层的宽度： 纯化，N~1010原子/cm3， 一般半导体的纯度为1015/cm3 利用HPGe，可使W10mm，形成高纯锗(HPGe)探测器 大体积灵敏区：增加工作电压V，降低杂质密度N。 高纯锗探测器： P-N结型探测器，常温保存，低温使用。 * P-N结的构成 采用高纯度的 P型Ge单晶 一端表面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质(如磷或锂)形成 N区 和 N+，并形成P-N结。 另一端蒸金属形成 P+，