核電子學(xué)與核儀器課件17

核電子學(xué)與核儀器覃國(guó)秀qinguoxiu198201@163.comTel技術(shù)教研室2009/04/09上次課關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)域分析與頻域分析tf(t)0時(shí)域0F(ω)ω傅立葉變換傅立葉逆變換頻域本堂課主要內(nèi)容：一、氣體探測(cè)器（Gas－filledDetector）二、閃爍體探測(cè)器（ScintillationDetector）三、半導(dǎo)體探測(cè)器（SemiconductorDetector）為什么需要輻射探測(cè)器？對(duì)于輻射是不能感知的，因此人們必須借助于核輻射探測(cè)器探測(cè)各種輻射，給出輻射的類(lèi)型、強(qiáng)度(數(shù)量)、能量及時(shí)間等特性。即對(duì)輻射進(jìn)行測(cè)量。核輻射探測(cè)器的定義：利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行輻射探測(cè)的器件稱(chēng)為輻射探測(cè)器。探測(cè)器按探測(cè)介質(zhì)類(lèi)型及作用機(jī)制主要分為：

氣體探測(cè)器；

閃爍體探測(cè)器；半導(dǎo)體探測(cè)器。輻射探測(cè)的基本過(guò)程：輻射粒子射入探測(cè)器的靈敏體積；入射粒子通過(guò)電離、激發(fā)等效應(yīng)而在探測(cè)器中沉積能量；探測(cè)器通過(guò)各種機(jī)制將沉積能量轉(zhuǎn)換成某種形式的輸出信號(hào)。輻射探測(cè)器學(xué)習(xí)要點(diǎn)（研究問(wèn)題）：

探測(cè)器的工作機(jī)制；探測(cè)器的輸出回路與輸出信號(hào)；探測(cè)器的主要性能指標(biāo)；探測(cè)器的典型應(yīng)用。一、氣體探測(cè)器1.1氣體中離子與電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律氣體的電離與激發(fā)入射帶電粒子與靶原子的核外電子通過(guò)庫(kù)侖作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)。

入射粒子直接產(chǎn)生的離子對(duì)稱(chēng)為原電離。初電離產(chǎn)生的高速電子足以使氣體產(chǎn)生的電離稱(chēng)為次電離。

總電離

=原電離+次電離

電離能W：帶電粒子在氣體中產(chǎn)生一電子離子對(duì)所需的平均能量。對(duì)不同的氣體，W大約為30eV。一、氣體探測(cè)器1.1氣體中離子與電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律電子與離子在氣體中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)存在外加電場(chǎng)的作用情況時(shí)，離子和電子除了與作熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子碰撞而雜亂運(yùn)動(dòng)和因空間分布不均勻造成的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，還有由于外加電場(chǎng)的作用沿電場(chǎng)方向定向漂移。

離子的飄移：在存在電場(chǎng)的情況下，兩次碰撞之間離子從電場(chǎng)獲得的能量又會(huì)在碰撞中損失，離子的能量積累不起來(lái)。

電子的漂移：電子與氣體分子發(fā)生彈性碰撞時(shí)，每次損失的能量很小，因此，電子在兩次碰撞中由外電場(chǎng)加速的能量可積累起來(lái)。一、氣體探測(cè)器1.1氣體中離子與電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、氣體探測(cè)器1.2電離室的工作機(jī)制電離室的工作方式

(1)脈沖型工作狀態(tài)記錄單個(gè)入射粒子的電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱(chēng)為：脈沖電離室。

(2)累計(jì)型工作狀態(tài)記錄大量入射粒子平均電離效應(yīng)，處于這種工作狀態(tài)的電離室稱(chēng)為：累計(jì)電離室。一、氣體探測(cè)器1.2電離室的工作機(jī)制電離室的基本機(jī)構(gòu)不同類(lèi)型的電離室在結(jié)構(gòu)上基本相同，典型結(jié)構(gòu)有平板型和圓柱型。高壓極(K)：正高壓或負(fù)高壓；收集極(C)：與測(cè)量?jī)x器相聯(lián)的電極，處于與地接近的電位；保護(hù)極(G)：又稱(chēng)保護(hù)環(huán)，處于與收集極相同的電位；負(fù)載電阻(RL)：電流流過(guò)時(shí)形成電壓信號(hào)。一、氣體探探測(cè)器平板型電離離室一、氣體探探測(cè)器圓柱型電離離室一、氣體探探測(cè)器1.3脈沖電離室室電離室處于于脈沖工作狀狀態(tài)，電離室的的輸出信號(hào)號(hào)僅反映單個(gè)入射粒子的的電離效應(yīng)應(yīng)。可以測(cè)測(cè)量每個(gè)入入射粒子的的能量、時(shí)間、強(qiáng)度等。脈沖電離室室的輸出信信號(hào)：電荷信號(hào)，電流信號(hào)，電壓信號(hào)。電離室是一一個(gè)理想的電荷源（其外回路路對(duì)輸出量量無(wú)影響））。一、氣體探探測(cè)器1.3脈沖電離室室電離室可以以用電流源源I0(t)和C1并聯(lián)等效。。并可得到到其輸出回回路的等效效電路。一、氣體探探測(cè)器1.4正比計(jì)數(shù)器器（ProportionalCounters）正比計(jì)數(shù)器器中，利用用碰撞電離離將入射粒粒子直接產(chǎn)產(chǎn)生的電離離效應(yīng)放大了，使得正比比計(jì)數(shù)器的的輸出信號(hào)號(hào)幅度比脈脈沖電離室室顯著增大大。對(duì)直接電離離效應(yīng)放大大的倍數(shù)稱(chēng)稱(chēng)為“氣體放大倍倍數(shù)”，以A表示，在一一定的工作作條件下，，A保持為常數(shù)。正比計(jì)數(shù)器器屬于非自自持放電的的氣體電離離探測(cè)器。。正比計(jì)數(shù)器器結(jié)構(gòu)上必必須滿(mǎn)足實(shí)實(shí)現(xiàn)碰撞電離的需要，而而在強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)下才能實(shí)實(shí)現(xiàn)碰撞電電離。一、氣體探探測(cè)器1.4正比計(jì)數(shù)器器（ProportionalCounters）正比計(jì)數(shù)器器中發(fā)生的的物理作用用：碰撞電離與與氣體放大大碰撞電離只有電子才能實(shí)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電電子到達(dá)距距絲極一定定距離r0之后，通過(guò)過(guò)碰撞電離離過(guò)程，電電子的數(shù)目目不斷增殖殖，這個(gè)過(guò)過(guò)程稱(chēng)為氣體放大過(guò)過(guò)程，又稱(chēng)電子雪崩。。光子反饋在電子與氣氣體分子的的碰撞中，，不僅能產(chǎn)產(chǎn)生碰撞電電離，同時(shí)時(shí)也能產(chǎn)生生碰撞激發(fā)發(fā)。氣體分分子在退激激時(shí)會(huì)發(fā)出出紫外光子子，其能量量一般大于于陰極材料料的表面逸逸出功，而而在陰極打打出次電子子。一、氣體探探測(cè)器氣體放大過(guò)過(guò)程中正離離子的作用用離子漂移速速度慢，在在電子漂移移、碰撞電電離等過(guò)程程中，可以以認(rèn)為正離離子基本沒(méi)沒(méi)動(dòng)，形成成空間電荷，處于陽(yáng)極極絲附近，，會(huì)影響附附近區(qū)域的的電場(chǎng)，使使電場(chǎng)強(qiáng)度度變?nèi)?，影影響電子雪雪崩過(guò)程的的進(jìn)行。正離子漂移移到達(dá)陰極極，與陰極極表面的感感應(yīng)電荷中中和時(shí)有一一定概率產(chǎn)產(chǎn)生次電子子，發(fā)生新新的電子雪雪崩過(guò)程，，稱(chēng)為離子反饋；也可以通通過(guò)加入少少量多原子子分子氣體體阻斷離子子反饋。一、氣體探探測(cè)器1.4正比計(jì)數(shù)器器（ProportionalCounters）正比計(jì)數(shù)器器的應(yīng)用流氣式4正比計(jì)數(shù)器器特點(diǎn)：4立體角，探探測(cè)效率高高；流氣工工作方式，，換樣品方方便，結(jié)構(gòu)構(gòu)密封簡(jiǎn)單單；陽(yáng)極絲絲為環(huán)狀。。低能X射線(xiàn)正比計(jì)計(jì)數(shù)器——鼓形正比計(jì)計(jì)數(shù)器特點(diǎn)：有入入射窗，常常用Be(鈹)窗。多絲正比室室和漂移室室多絲正比室室的陰極為為平板，陽(yáng)陽(yáng)極由平行行的細(xì)絲組組成多路正正比計(jì)數(shù)器器。位置靈靈敏度達(dá)到到mm量級(jí)，為粒粒子物理等等作出巨大大貢獻(xiàn)，于于1992年獲諾貝爾爾物理獎(jiǎng)。。一、氣體探探測(cè)器1.5G-M計(jì)數(shù)管G-M計(jì)數(shù)管是由由蓋革(Geiger)和彌勒(Mueller)發(fā)明的一種種利用自持持放電的氣氣體電離探探測(cè)器。G-M管的特點(diǎn)是是：制造簡(jiǎn)單、、價(jià)格便宜宜、使用方方便。靈敏敏度高、輸輸出電荷量量大。G-M管的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)是是：：死時(shí)時(shí)間間長(zhǎng)長(zhǎng)，，僅僅能能用用于于計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)。。一、、氣氣體體探探測(cè)測(cè)器器1.5G-M計(jì)數(shù)數(shù)管管G-M管的的工工作作機(jī)機(jī)制制(1)正離離子子鞘鞘的的形形成成及及自自持持放放電電過(guò)過(guò)程程初始始電電離離及及碰碰撞撞電電離離過(guò)過(guò)程程（電電子子加加速速發(fā)發(fā)生生碰碰撞撞電電離離形形成成電電子子潮潮－－雪雪崩崩過(guò)過(guò)程程））放電電傳傳播播（氣氣體體放放出出的的紫紫外外光光子子打打到到陰陰極極上上并并打打出出次次電電子子））正離離子子鞘鞘向向陰陰極極漂漂移移過(guò)過(guò)程程（形形成成““離離子子電電流流””，，是是形形成成輸輸出出脈脈沖沖的的主主要要貢貢獻(xiàn)獻(xiàn)））正離離子子在在陰陰極極表表面面的的電電荷荷中中和和過(guò)過(guò)程程。。(2)有機(jī)機(jī)和和鹵鹵素素自自熄熄G-M計(jì)數(shù)數(shù)管管在工工作作氣氣體體中中加加入入少少量量有機(jī)機(jī)氣氣體體或鹵素素氣氣體體，構(gòu)構(gòu)成成的的G-M管，，具具有有自自熄熄能能力力。。一、、氣氣體體探探測(cè)測(cè)器器1.5G-M計(jì)數(shù)數(shù)管管G-M計(jì)數(shù)數(shù)管管的的典典型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及性性能能G-M管主主要要有有圓圓柱柱型型和和鐘鐘罩罩型型兩兩種種。。圓圓柱柱型型主主要要用用于于射線(xiàn)線(xiàn)測(cè)測(cè)量量，，而而鐘鐘罩罩型型由由于于有有入入射射窗窗，，主主要要用用于于，，射線(xiàn)線(xiàn)的的測(cè)測(cè)量量。。二、、閃閃爍爍體體探探測(cè)測(cè)器器閃爍爍探探測(cè)測(cè)器器是利利用用輻輻射射在在某某些些物物質(zhì)質(zhì)中中產(chǎn)產(chǎn)生生的的閃光光來(lái)探探測(cè)測(cè)電電離離輻輻射射的的探探測(cè)測(cè)器器。。二、、閃閃爍爍體體探探測(cè)測(cè)器器閃爍爍探探測(cè)測(cè)器器的的工工作作過(guò)過(guò)程程：：(1)輻射射射射入入閃閃爍爍體體使使閃閃爍爍體體原原子子電離離或激發(fā)發(fā)，受受激激原原子子退激激而發(fā)發(fā)出出波波長(zhǎng)長(zhǎng)在在可可見(jiàn)見(jiàn)光光波波段段的的熒光光；(2)熒光光光光子子被被收收集集到到光電電倍倍增增管管(PMT)的光陰陰極極，通通過(guò)過(guò)光電電效效應(yīng)應(yīng)打出出光電電子子；(3)光電子子在在光光電電倍倍增增管管里里運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)并并倍倍增增，并并在在陽(yáng)極極輸輸出出回回路路輸出出信信號(hào)號(hào)。。閃爍爍探探測(cè)測(cè)器器可用用來(lái)來(lái)測(cè)測(cè)量量入射射粒粒子子的能量量。二、、閃閃爍爍體體探探測(cè)測(cè)器器2.1閃爍爍體體閃爍爍體體的的分分類(lèi)類(lèi)無(wú)機(jī)機(jī)閃閃爍爍體體：無(wú)機(jī)機(jī)晶晶體體(摻雜雜)玻璃璃體體純晶晶體體有機(jī)機(jī)閃閃爍爍體體：有有機(jī)機(jī)晶晶體體———蒽晶晶體體等等；；有有機(jī)機(jī)液液體體閃閃爍爍體體及及塑塑料料閃閃爍爍體體。。二、、閃閃爍爍體體探探測(cè)測(cè)器器2.1閃爍爍體體閃爍爍體體的的發(fā)發(fā)光光機(jī)機(jī)制制無(wú)機(jī)機(jī)閃閃爍爍體體的的發(fā)發(fā)光光機(jī)機(jī)制制晶體體中中電電子子的的能能態(tài)態(tài)不不再再用用原原子子能能級(jí)級(jí)表表示示，，而而用用“能帶帶”來(lái)描描述述，，晶晶體體的的發(fā)發(fā)光光機(jī)機(jī)制制取取決決于于整整個(gè)個(gè)晶晶體體的的電電子子能能態(tài)態(tài)。。對(duì)于離子子晶體，，輻射射射入閃爍爍體使晶晶體原子子電離和激發(fā)。二、閃爍體體探測(cè)器2.1閃爍體閃爍體的發(fā)發(fā)光機(jī)制有機(jī)閃爍體體的發(fā)光機(jī)機(jī)制有機(jī)閃爍體體的發(fā)射光光譜和吸收收光譜的峰峰值是分開(kāi)開(kāi)的，所以以，有機(jī)閃閃爍體對(duì)其其所發(fā)射的的熒光是透透明的。但但發(fā)射譜的的短波部分分與吸收譜譜的長(zhǎng)波部部分有重疊疊，為此在在有的有機(jī)機(jī)閃爍體中中加入移波劑，以減少自自吸收。二、閃爍體體探測(cè)器2.1閃爍體光的收集1)反射層在非光子出出射面打毛毛，致使光光子漫反射射，并再襯襯以或涂敷敷氧化鎂或或氧化鈦白白色粉末。。2)光學(xué)耦合為防止光由由光密介質(zhì)質(zhì)到光疏介介質(zhì)發(fā)生的的全反射，，用折射系系數(shù)n=1.4~1.8的硅脂(或硅油)。3)光導(dǎo)常用于閃爍爍體與光電電倍增管的的尺寸不符符或其它特特殊需要。。二、閃爍體體探測(cè)器2.2光電倍增管管光電倍增管管的結(jié)構(gòu)二、閃爍體體探測(cè)器2.2光電倍增管管光電倍增管管的主要性性能光陰極的光光譜響應(yīng)光陰極受到到光照后，，發(fā)射光電電子的概率率是入射光光波長(zhǎng)的函函數(shù)，稱(chēng)作作“光譜響響應(yīng)”。光照靈敏度度陰極靈敏度度；陽(yáng)極靈靈敏度。光電倍增管管的暗電流流與噪聲當(dāng)工作狀態(tài)態(tài)下的光電電倍增管完完全與光輻輻射隔絕時(shí)時(shí)，其陽(yáng)極極仍能輸出出電流(暗電流)及脈沖信號(hào)號(hào)(噪聲)。光電倍增管管的時(shí)間特特性與穩(wěn)定定性。二、閃爍體體探測(cè)器2.3單晶閃爍譜譜儀閃爍譜儀的的組成與工工作原理閃爍體、PMT以及配套的的電子學(xué)儀儀器組成。。X或射線(xiàn)不帶電電，它與閃閃爍體的相相互作用是是通過(guò)三種種次級(jí)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，它它產(chǎn)生的次級(jí)電子的的能譜是相當(dāng)復(fù)雜雜的，因而而由次級(jí)電子產(chǎn)產(chǎn)生的輸出脈沖幅幅度譜也是相當(dāng)復(fù)復(fù)雜的。以NaI(Tl)閃爍晶體的的單晶閃爍譜儀為為例。二、閃爍體體探測(cè)器2.3單晶閃爍譜譜儀單能射線(xiàn)的的輸出脈沖沖幅度譜射線(xiàn)與物質(zhì)質(zhì)的相互作作用：二、閃爍體體探測(cè)器2.3單晶閃爍譜譜儀單能射線(xiàn)的的輸出脈沖沖幅度譜常見(jiàn)單能射線(xiàn)譜二、閃爍體體探測(cè)器2.3單晶閃爍譜譜儀單能射線(xiàn)的的輸出脈沖沖幅度譜常見(jiàn)單能射線(xiàn)譜三、半導(dǎo)體體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器的基本原理理是帶電粒粒子在半導(dǎo)導(dǎo)體探測(cè)器器的靈敏體體積內(nèi)產(chǎn)生生電子－空穴穴對(duì)，電子－空空穴對(duì)在外外電場(chǎng)的作作用下漂移而輸出信號(hào)號(hào)。我們把氣體探測(cè)器器中的電子－離子子對(duì)、閃爍探測(cè)器器中被PMT第一打拿極極收集的電電子及半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器中的電子－空穴穴對(duì)統(tǒng)稱(chēng)為探測(cè)器的信信息載流子子。產(chǎn)生每個(gè)個(gè)信息載流流子的平均均能量分別別為30eV(氣體探測(cè)器器)，300eV(閃爍探測(cè)器器)和3eV(半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器)。三、半導(dǎo)體體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器的特點(diǎn)：(1)能量分辨率率最佳；(2)射線(xiàn)探測(cè)效效率較高，可與閃爍爍探測(cè)器相相比。常用半導(dǎo)體體探測(cè)器有有：(1)P-N結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器；(2)鋰漂移型半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器；(3)高純鍺半導(dǎo)體探測(cè)測(cè)器。三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.1半導(dǎo)體的基基本性質(zhì)常用半導(dǎo)體體材料為硅(Si)和鍺(Ge)，均為IV族元素。本征半導(dǎo)體體和雜質(zhì)半半導(dǎo)體1)本征半導(dǎo)體體：理想、無(wú)雜雜質(zhì)的半導(dǎo)導(dǎo)體。由于于熱運(yùn)動(dòng)而而產(chǎn)生的載流子濃度度稱(chēng)為本征載流子子濃度，且導(dǎo)帶中的的電子數(shù)和價(jià)帶中的的空穴數(shù)嚴(yán)格格相等。固體物理理理論已證明明半導(dǎo)體內(nèi)內(nèi)的載流子平衡衡濃度為：三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.1半導(dǎo)體的基基本性質(zhì)本征半導(dǎo)體體和雜質(zhì)半半導(dǎo)體2)雜質(zhì)半導(dǎo)體體替位型：III族元素，如如B，Al，Ga等；V族元素，如如P，As，Sb等間隙型：Li，可在晶格格間運(yùn)動(dòng)。。施主雜質(zhì)（施主雜質(zhì)為為V族元素，其電電離電位ED很低。在室室溫下，這這些雜質(zhì)原原子幾乎全全部電離。。摻有施主主雜質(zhì)的半半導(dǎo)體稱(chēng)為為N型半導(dǎo)體。）受主雜質(zhì)（受主雜質(zhì)為為III族元素，其電電離電位EA也很低。摻摻有受主雜雜質(zhì)的半導(dǎo)導(dǎo)體稱(chēng)為P型半導(dǎo)體。）三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.1半導(dǎo)體的基基本性質(zhì)半導(dǎo)體作為為探測(cè)介質(zhì)質(zhì)的物理性性能1)平均電離能能入射粒子在在半導(dǎo)體介介質(zhì)中平均均產(chǎn)生一對(duì)對(duì)電子空穴穴需要的能能量。2)載流子的漂漂移由于電子遷遷移率n和空穴遷遷移率p相近，與氣氣體探測(cè)器器不同，不不存在電子子型或空穴穴型半導(dǎo)體體探測(cè)器。。SiGe300oK3.62eV2.80eV77oK3.76eV2.96eV三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.1半導(dǎo)體的基基本性質(zhì)半導(dǎo)體作為為探測(cè)介質(zhì)質(zhì)的物理性性能3)電阻率與載載流子壽命命摻雜將大大大降低半導(dǎo)導(dǎo)體的電阻阻率，對(duì)硅硅來(lái)說(shuō)摻雜雜對(duì)電阻率率的影響比比鍺顯著得得多。當(dāng)半半導(dǎo)體材料料被冷卻到到液氮溫度度時(shí)將大大大提高電阻阻率。載流子壽命命--載流子在俘俘獲以前，，可在晶體體中自由運(yùn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間。只有當(dāng)當(dāng)漂移長(zhǎng)度度大于靈敏敏體積的長(zhǎng)長(zhǎng)度才能保保證載流子子的有效收收集。對(duì)高高純度的Si和Ge～10-3s，決定了Si和Ge為最實(shí)用的的半導(dǎo)體材材料。半導(dǎo)體電阻率：三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.2P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的工工作原理1)P-N結(jié)區(qū)(勢(shì)壘區(qū))的形成多數(shù)載流子子擴(kuò)散，空空間電荷形形成內(nèi)電場(chǎng)場(chǎng)并形成結(jié)區(qū)。結(jié)區(qū)內(nèi)存存在著勢(shì)壘壘，結(jié)區(qū)又又稱(chēng)為勢(shì)壘區(qū)。勢(shì)壘區(qū)內(nèi)內(nèi)為耗盡層，無(wú)載流子存存在，實(shí)現(xiàn)高電阻率。三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.2P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的工工作原理1)P-N結(jié)區(qū)(勢(shì)壘區(qū))的形成在P-N結(jié)上加反向向電壓，由由于結(jié)區(qū)電電阻率很高高，電位差差幾乎都降降在結(jié)區(qū)。。反向電壓壓形成的電電場(chǎng)與內(nèi)電電場(chǎng)方向一一致。外加加電場(chǎng)使結(jié)結(jié)區(qū)寬度增增大。反向向電壓越高高，結(jié)區(qū)越越寬。在外加反向向電壓時(shí)的的反向電流流：少子的擴(kuò)散散電流，結(jié)結(jié)區(qū)面積不不變，IS不變；結(jié)區(qū)體積加加大，熱運(yùn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電電子空穴多多，IG增大；反向電壓產(chǎn)產(chǎn)生漏電流IL，主要是表表面漏電流流。即在使結(jié)區(qū)區(qū)變寬的同同時(shí)，IG增加,IS不變，并出出現(xiàn)IL，此時(shí)表現(xiàn)現(xiàn)的宏觀電電流稱(chēng)為暗電流。三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.2P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的工工作原理2)P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的特特點(diǎn)結(jié)區(qū)的空間間電荷分布布，電場(chǎng)分分布n-typep-type---------------------------------+++++++++++++++P-N結(jié)內(nèi)N區(qū)和P區(qū)的電荷密度分別為：式中ND和NA分別代表施施主雜質(zhì)和和受主雜質(zhì)質(zhì)濃度；a,b則代表空間間電荷的厚厚度。一般般a,b不一定相等等，取決于于兩邊的雜雜質(zhì)濃度，，耗盡狀態(tài)態(tài)下結(jié)區(qū)總電荷荷為零，即即NDa＝NAb。三、半導(dǎo)體體探測(cè)器3.2P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的工工作原理2)P-N結(jié)半導(dǎo)體探探測(cè)器的特特點(diǎn)結(jié)區(qū)的空間間電荷分布布，電場(chǎng)分分布電場(chǎng)場(chǎng)為為非非均均勻勻電電場(chǎng)場(chǎng)：：三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.2P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器的的工工作作原原理理2)P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器的的特特點(diǎn)點(diǎn)結(jié)區(qū)區(qū)寬寬度度與與外外加加電電壓壓的的關(guān)關(guān)系系結(jié)區(qū)區(qū)寬寬度度的的限限制制因因素素及及結(jié)結(jié)電電容容隨隨工工作作電電壓壓的的變變化化受材材料料的的擊穿穿電電壓壓的限限制制；；受受暗電電流流的限限制制。。結(jié)區(qū)區(qū)電電容容隨隨外外加加電電壓壓變變化化而而變變化化，，外外加加電電壓壓的的不不穩(wěn)穩(wěn)定定可可以以影影響響探探測(cè)測(cè)器器輸輸出出電電壓壓幅幅度度的的不不穩(wěn)穩(wěn)定定。。Ni為摻摻雜雜少少的的一一邊邊的的雜雜質(zhì)質(zhì)濃濃度度。。三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.2P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器的的類(lèi)類(lèi)型型1)擴(kuò)散散結(jié)結(jié)(DiffusedJunction)型探探測(cè)測(cè)器器采用用擴(kuò)擴(kuò)散散工工藝藝———高溫溫?cái)U(kuò)擴(kuò)散散或或離離子子注注入入；；材材料料一一般般選選用用P型高高阻阻硅硅，電電阻阻率率為為1000；在在電電極極引引出出時(shí)時(shí)一一定定要要保保證證為為歐歐姆姆接接觸觸，，以以防防止止形形成成另另外外的的結(jié)結(jié)。。2)金硅硅面面壘壘(SurfaceBarrier)探測(cè)測(cè)器器一般般用用N型高高阻阻硅硅，表表面面蒸蒸金金50～100g/cm2氧化化形形成成P型硅硅，，而而形形成成P-N結(jié)。。工工藝藝成成熟熟、、簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單、、價(jià)價(jià)廉廉。。三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.2P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器P-N結(jié)半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器的的輸輸出出電電路路三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.3鋰漂漂移移半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器鋰的的漂漂移移特特性性及及P-I-N結(jié)1)間隙隙型型雜雜質(zhì)質(zhì)———LiLi為施施主主雜雜質(zhì)質(zhì)，，電電離離能能很很小小～～0.033eVLi＋漂移移速速度度2)P-I-N結(jié)的的形形成成三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.3鋰漂漂移移半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器鋰的的漂漂移移探探測(cè)測(cè)器器工工作作原原理理空間間電電荷荷、、電電場(chǎng)場(chǎng)及及電電位位分分布布I區(qū)為完全全補(bǔ)補(bǔ)償償區(qū)區(qū)，呈呈電電中中性性為為均均勻勻電電場(chǎng)場(chǎng)；；I區(qū)為耗盡盡層層，電電阻阻率率可可達(dá)達(dá)1010cm；I區(qū)厚度度可可達(dá)達(dá)10～20mm，為為靈敏敏體體積積。雜質(zhì)質(zhì)電位位電場(chǎng)場(chǎng)電荷荷三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.4高純純鍺鍺半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器由耗耗盡盡層層厚厚度度的的公公式式：：降低低雜雜質(zhì)質(zhì)的的濃濃度度Ni可提提高高耗耗盡盡層層的的厚厚度度。。高高純純鍺鍺半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器是是由由極極高高純純度度的的Ge單晶晶制制成成的的P-N結(jié)半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器。。雜雜質(zhì)質(zhì)濃濃度度為為~1010原子子/cm3。一般般半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料雜雜質(zhì)質(zhì)濃濃度度為為~1015原子子/cm3。三、、半半導(dǎo)導(dǎo)體體探探測(cè)測(cè)器器3.4高