第十章半导体探测器.pptVIP

2）分辨时间与时间分辨本领：3）能量线性很好，与入射粒子类型和能量基本无关4）辐照寿命辐照寿命是半导体探测器的一个致命的弱点。半导体探测器随着使用时间的增加，造成载流子寿命变短，影响载流子的收集。例如，对5.5MeV的?粒子，当达到109cm-2时，分辨率开始变坏，达到1011cm-2时明显变坏。第30页，共48页，星期日，2025年，2月5日5、应用1）重带电粒子能谱测量2）dE/dx探测器dE/dx探测器工作于全耗尽型或过耗尽型状态，可用于粒子鉴别。dE/dx探测器的输出信号为X，能量探测器的输出信号为Y，其乘积XY＝mZ2而得到粒子谱。第31页，共48页，星期日，2025年，2月5日由于一般半导体材料的杂质浓度和外加高压的限制，耗尽层厚度为1～2mm。对强穿透能力的辐射而言，探测效率受很大的局限。P-N结半导体探测器存在的矛盾：第32页，共48页，星期日，2025年，2月5日10.3锂漂移半导体探测器1.锂的漂移特性及P-I-N结1)间隙型杂质——LiLi为施主杂质，电离能很小～0.033eVLi＋漂移速度当温度T增大时，?(T)增大，Li+漂移速度增大。第33页，共48页，星期日，2025年，2月5日2)P-I-N结的形成基体用P型半导体(因为极高纯度的材料多是P型的)，例如掺硼的Si或Ge单晶。(1)一端表面蒸Li，Li离子化为Li+,形成PN结。(2)另一端表面蒸金属，引出电极。外加电场，使Li+漂移。Li+与受主杂质(如Ga-)中和，并可实现自动补偿形成I区。(3)形成P-I-N结，未漂移补偿区仍为P，引出电极。PN+IntrinsicSemiFrontmetallizationOhmicbackcontactTopositivebiasvoltage由硅作为基体的探测器称为Si(Li)探测器，由锗作为基体的探测器称为Ge(Li)探测器。锂离子是用于漂移成探测器的唯一的离子。第34页，共48页，星期日，2025年，2月5日第十章半导体探测器第1页，共48页，星期日，2025年，2月5日半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁探测器中被PMT第一打拿极收集的电子及半导体探测器中的电子－空穴对统称为探测器的信息载流子。产生每个信息载流子的平均能量分别为30eV(气体探测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半导体探测器)。第2页，共48页，星期日，2025年，2月5日半导体探测器的特点：(1)能量分辨率最佳；(2)?射线探测效率较高，可与闪烁探测器相比。常用半导体探测器有：(1)P-N结型半导体探测器；(2)锂漂移型半导体探测器；(3)高纯锗半导体探测器；第3页，共48页，星期日，2025年，2月5日10.1半导体的基本性质1、本征半导体和杂质半导体1)本征半导体：由于热运动而产生的载流子浓度称为本征载流子浓度，且导带中的电子数和价带中的空穴数严格相等。常用半导体材料为硅(Si)和锗(Ge)，均为IV族元素.理想、无杂质的半导体.固体物理理论已证明半导体内的载流子平衡浓度为：ni和pi为单位体积中的电子和空穴的数目，下标“i”表示本征(Intrinsic)材料。T为材料的绝对温度，EG为能级的禁带宽度。第4页，共48页，星期日，2025年，2月5日2)杂质半导体杂质类型：替位型，间隙型。(1)替位型：III族元素，如B，Al，Ga等； V族元素，如P，As，Sb等(2)间隙型：Li，可在晶格间运动。3)施主杂质(Donorimpurities)与施主能级施主杂质为V族元素，其电离电位ED很低，施主杂质的能级一定接近禁带顶部(即导带底部)。在室温下，这些杂质原子几乎全部电离。由于杂质浓度远大于本征半导体导带中的电子浓度，多数载流子为电子，杂质原子成为正电中心。掺有施主杂质的半导体称为N型半导体。电子浓度：施主杂质浓度第5页，共48页，星期日，2025年，2月5日4)受主杂质(Acceptorimpurities)与受主能级受主杂质为III族元素，其电离电位EA很低，受主杂质的能级一定很接近禁带底部(即价带顶部)，室温下价带中电子容易跃迁