1、第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器六十年代發(fā)展起來(lái)的，其探測(cè)介質(zhì)是半導(dǎo)體材料六十年代發(fā)展起來(lái)的，其探測(cè)介質(zhì)是半導(dǎo)體材料優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1 1）能量分辨率高）能量分辨率高（2 2）線性范圍寬）線性范圍寬（3 3）金硅面壘或）金硅面壘或PNPN型探測(cè)器：輸出脈沖上升時(shí)間快（毫微型探測(cè)器：輸出脈沖上升時(shí)間快（毫微秒）秒） 體積小體積小缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 輻射后性能變壞輻射后性能變壞 溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器Si和和Ge半導(dǎo)體探測(cè)器作為半導(dǎo)體探測(cè)器作為“黃金標(biāo)準(zhǔn)黃金標(biāo)

2、準(zhǔn)”應(yīng)用在電子和伽瑪應(yīng)用在電子和伽瑪射線的譜學(xué)測(cè)量中射線的譜學(xué)測(cè)量中為什么？為什么？非常高的能量分辨率（很小的能量產(chǎn)生電子非常高的能量分辨率（很小的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)）空穴對(duì)）高的密度（相對(duì)與氣體）高的密度（相對(duì)與氣體）很好的載流子收集特性很好的載流子收集特性優(yōu)良的時(shí)間特性優(yōu)良的時(shí)間特性第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器與氣體探測(cè)器的比較基本工作原理非常類似 電離探測(cè)器材料的原子-產(chǎn)生正、負(fù)載流子 外電場(chǎng)漂移、輸運(yùn)和收集電荷載流子 由于載流子的運(yùn)動(dòng)，在載流子的收集過(guò)程中感應(yīng)信號(hào)不同點(diǎn)： 固態(tài)計(jì)數(shù)器有較高的密度（dE/dx） 小的電離能 較高的遷移率 兩種類型的載流子都快第五章第

3、五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體探測(cè)器的基本原理半導(dǎo)體探測(cè)器的基本原理第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)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 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器第二節(jié)第二節(jié) PNPN結(jié)的性質(zhì)結(jié)的性質(zhì)(5.1)(5.1)第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器在結(jié)區(qū)空間電荷密度為：在結(jié)區(qū)空間電荷密度為：由于總電荷應(yīng)為零，故有由于總電荷應(yīng)為零，故有 120510daxN exdxN edx 當(dāng) . 當(dāng) -1252dad Nd N .第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器一、結(jié)區(qū)的電場(chǎng)分布一、結(jié)區(qū)的電場(chǎng)分布泊松方程：泊松方程：對(duì)（對(duì)（5.35.3）式積分可得

5、兩區(qū)的電場(chǎng)分布）式積分可得兩區(qū)的電場(chǎng)分布 225.3d V xxdx 105.4ddV xeNE xdxxdx 當(dāng) a 205.4badV xeNE xxdxdx 當(dāng) 第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器二、結(jié)區(qū)的寬度二、結(jié)區(qū)的寬度對(duì)（對(duì)（5.4a5.4a）式積分可以得到勢(shì)壘高度：）式積分可以得到勢(shì)壘高度：結(jié)區(qū)的寬度：結(jié)區(qū)的寬度：以以P P型硅為基體的半導(dǎo)體探測(cè)器的結(jié)區(qū)寬度型硅為基體的半導(dǎo)體探測(cè)器的結(jié)區(qū)寬度半導(dǎo)體材料的電阻率半導(dǎo)體材料的電阻率 2102deN dV 5.511220022nddvVdeN 5.6a1202pdVdeN 5.6b 1npe np 5.7=第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)

6、器半導(dǎo)體探測(cè)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型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中利用（利用（5.6）和（）和（5.8）式，分別對(duì)）式，分別對(duì)N型和型和P型材料可型材料可得得ndeNenpn11,其電子率dnNapNpapeNepnp11,其電阻率第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器室溫下室溫下 對(duì)對(duì)Si 對(duì)對(duì)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 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器三、三、PNPN結(jié)的反向偏壓結(jié)的反向偏壓第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器四、四、PNPN結(jié)的電容結(jié)的電容 結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)區(qū)內(nèi)空間電荷分布：結(jié)區(qū)內(nèi)空間電荷分布：dndnddQCdVQAdAd eN1 21 222BddBddVQAeNAeN VeNdQACdVdn 5.11 利用利用(5.6a)(5.6a)第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器21 221 2212.13.5dnBdpBAmmCVmmCVmm pf/ N型 pf/ P型利用利用(5.10a)和和(5.10b)對(duì)硅探測(cè)器對(duì)硅探測(cè)器 第五章第五章 半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器五、五、PNPN結(jié)的漏電流結(jié)的漏電流1.結(jié)區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生的體電流結(jié)區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生的體電流理論計(jì)算得出，結(jié)區(qū)內(nèi)單位面積的體電流理論計(jì)算得出，結(jié)區(qū)內(nèi)單位面積的體電流在硅中在硅中