第五章半导体探测器 §5-1半导体的基本知识和探测器 的工作原理 §5-2能量测量半导体探测器 §53半导体探测器的主要参量 §5-4位置测量半导体探测器 §55半导体探测器的应用
第五章 半导体探测器 §5-1 半导体的基本知识和探测器 的工作原理 §5-2 能量测量半导体探测器 §5-3 半导体探测器的主要参量 §5-4 位置测量半导体探测器 §5-5 半导体探测器的应用
Semiconductor Detector 优点: 1)很高的能量分辨率,比气体探测器大约高一个数量级,比闪烁计 数器高的更多。因为在半导体中电离产生一对电子一空穴对只需要3eV 左右的能量;带电粒子在半导体中的能量损失很多,在硅晶体中大约 为39MeV/cm,所以能量相同的带电粒子在半导体中产生的电子一空 穴对数比在气体中产生的离子对数高一个数量级以上。这样电离对数 的统计误差比在气体中小很多。 2)很宽的能量响应线性范围 3)很快的响应时间,ns量级,高计数率>103/cm2s )体积小 5)很好的位置分辨率,好于1.4μm。 ·缺点:对辐射损伤灵敏
Semiconductor Detector • 优点： 1）很高的能量分辨率，比气体探测器大约高一个数量级，比闪烁计 数器高的更多。因为在半导体中电离产生一对电子－空穴对只需要3eV 左右的能量；带电粒子在半导体中的能量损失很多，在硅晶体中大约 为3.9MeV/ cm，所以能量相同的带电粒子在半导体中产生的电子－空 穴对数比在气体中产生的离子对数高一个数量级以上。这样电离对数 的统计误差比在气体中小很多。 2）很宽的能量响应线性范围 3）很快的响应时间，ns量级，高计数率>108 /cm2·s 4）体积小 5）很好的位置分辨率，好于1.4 m。 • 缺点：对辐射损伤灵敏
§5-1半导体的基本知识和 探测器的工作原理 半导体的基本知识 1.固体的导电性: 物体导电是物体内电子在外电场作用下定向运动的结果。 2.导体、半导体、绝缘体的能带 由于电场力对电子的作用,使电子的运动速度和能量发生变化。从 能带论来看,电子能量变化就是电子从一个能级跃迁到另一个能级 上 满带:被电子占满的能级,一般外电场作用时,其电子不形成电流 对导电没有贡献,亦称价带。 导带:被电子部分占满的高能态能级,在外电场作用下,电子从外 电场吸收能量跃迁到未被电子占据的能级上去,形成电流,起导电 作用
§5-1 半导体的基本知识和 探测器的工作原理 一、半导体的基本知识 1. 固体的导电性： 物体导电是物体内电子在外电场作用下定向运动的结果。 2. 导体、半导体、绝缘体的能带 由于电场力对电子的作用，使电子的运动速度和能量发生变化。 从 能带论来看，电子能量变化就是电子从一个能级跃迁到另一个能级 上。 • 满带：被电子占满的能级，一般外电场作用时，其电子不形成电流， 对导电没有贡献，亦称价带。 • 导带：被电子部分占满的高能态能级，在外电场作用下，电子从外 电场吸收能量跃迁到未被电子占据的能级上去，形成电流，起导电 作用
禁带:满带和导带之间的禁区称为禁带,其宽度也称为能 隙,记做Eg。 导体、半导体和绝缘体之间的差别在于禁带宽度不同 导体不存在禁带,满带和导电交织在一起;<1092cm 半导体禁带较窄,Eg=0.1-22eⅤ 10-2<p<10°9cm 绝缘体禁带较宽,Eg=2-10eV O>1010g2cm 由于能带取决于原子间距,所以巸g与温度和压力有关。一般禁带宽度 大的材料,耐高温性能和耐辐照性能好。 电子 空穴 导带 E。>2eV 导带 禁带 ENI 禁带 导带 满带 满带 满带 绝缘体 半导体 导体 绝缘体、半导体和导体的能带图
5 2 9 10 10 10 10 10 cm cm cm − − • 禁带：满带和导带之间的禁区称为禁带，其宽度也称为能 隙，记做Eg。 • 导体、半导体和绝缘体之间的差别在于禁带宽度不同： 导体不存在禁带，满带和导电交织在一起； 半导体禁带较窄，Eg=0.1-2.2eV 绝缘体禁带较宽，Eg=2-10eV 由于能带取决于原子间距，所以Eg与温度和压力有关。一般禁带宽度 大的材料，耐高温性能和耐辐照性能好
几种半导体材料的性能参数 材料 S e CdTe Cdznte hgl CdSe GaAs 原子序数(Z) 48、5248、30、80、5348、3431、33 密度(gcm 2.33 5.32 6.06 59~59564 5.74 5.36 介电常数E 117 15.7 4.46 8.8 12.5 禁带宽度Eg(eV 1.12/1.160670.74147 14~2262.13 1.70 1.43 平均电离能WeV) 362/3.76280/296446 4.3 4.35 工作温度(K) 300/7 30077300 300 300 300 漂移迁移率电子 1450 3900 l100 l100 100 650 8600 Icm/(Vs) 空穴 1900 100 50 4 65 1000 少数载流子寿命τ(pus) 103 10 1.1×10-22 103 0.1 电阻率(9cm) 109 10 1013 1012 107 俘获长度(mm) 10 能量|5Fe,X5.9KeV0.136 1.5 0.295 分辨率 FWHM 24Am,y 59.5KeV040 0.3 1.5 1.2 5.9 2.6 (Kev) 57.Coy 122KeV 0.4 4.5 3.9 2.0 137Cs, y 662KeV 0.9 0.9 8 10 4.5 24Ama548Mev13.5 64.8
材料 Si Ge CdTe CdZnTe HgI2 CdSe GaAs 原子序数（Z） 14 32 48、52 48、30、 52 80、53 48、34 31、33 密度（g/cm3） 2.33 5.32 6.06 5.9～5.95 6.4 5.74 5.36 介电常数 11.7 15.7 4.46 8.8 12.5 禁带宽度Eg(eV) 1.12/1.16 0.67/0.74 1.47 1.4～2.26 2.13 1.70 1.43 平均电离能W(eV) 3.62/3.76 2.80/2.96 4.46 4.3 4.35 工作温度（K） 300/77 300/77 300 300 300 300 300 漂移迁移率 [cm2 /(V.s)] 电子 1450 3900 1100 1100 100 650 8600 空穴 450 1900 100 50 4 65 1000 少数载流子寿命τ (s) 103 103 6 1.1×10-2 25 10-3 0.1 电阻率(Ω·cm) 104 102 109 1011 1013 1012 107 俘获长度(mm) 103 103 1 1 1 能量 分辨率 FWHM (KeV) 55Fe, X 5.9KeV 0.136 1.1 1.5 0.295 241Am, 59.5KeV 0.40 0.3 1.5 3 1.2 5.9 2.6 57.Co, 122KeV 0.55 0.4 4.5 3.9 2.0 137Cs, 662KeV 0.9 0.9 8 10 4.5 241Am,5.48MeV 13.5 64.8 几种半导体材料的性能参数