二、PN结( pn junction) 结合前,N区的电子比P区多,P区的空 N 穴比N区多。 999只/结合后,电子由区向P区扩散与空穴复 合;空穴由P区向N区扩散与电子复合。 8888扩散的结果形成卧结 在PN结区,电子空穴很少,剩下的杂质 正负离子形成空间电荷区,其内建电场 PN结 N 方向由N区指向P区,阻止电子、空穴继 Q200回平时,P区N区的电子空欢浓度就不 田续扩散,并造成少数载流子的反向漂移 运动。当扩散运动和反向漂移运动达到 再变化。这个由杂质离子组成的空间电 Pn结的形成及各物理量的分布荷,即N结区,亦称耗尽区,阻挡层, 势垒区。 内建电势差:VD;势全高度:eⅤD
二、PN结（pn junction） 结合前，N区的电子比P区多，P区的空 穴比N区多。 结合后，电子由N区向P区扩散与空穴复 合；空穴由P区向N区扩散与电子复合。 扩散的结果形成PN结。 在PN结区，电子空穴很少，剩下的杂质 正负离子形成空间电荷区，其内建电场 方向由N区指向P区，阻止电子、空穴继 续扩散，并造成少数载流子的反向漂移 运动。当扩散运动和反向漂移运动达到 平衡时，P区或N区的电子空穴浓度就不 再变化。这个由杂质离子组成的空间电 荷，即PN结区，亦称耗尽区，阻挡层， 势垒区。 内建电势差：VD；势垒高度：eVD
半导体探测器的灵敏区 +V8>V 内建电势差VD,加在PN结两边 的电位差,势垒高度为eVDo 为什么半导体PN结可作为灵敏 区? 1)在PN结区可移动的载流子基本 被耗尽,只留下电离了的正负 入射粒子 电中心,对电导率无贡献,其 具有很高的电阻率 C 输出 2)PN结加上一定负偏压,耗尽区 扩展,可达全耗尽,死层极薄, c外加电压几乎全部加到PN结上 形成很高电场。 3)漏电流很小,有很好的信噪比。 半导体探测器的输出电路
半导体探测器的灵敏区 • 内建电势差VD，加在PN结两边 的电位差，势垒高度为eVD。 • 为什么半导体PN结可作为灵敏 区？ 1）在PN结区可移动的载流子基本 被耗尽，只留下电离了的正负 电中心，对电导率无贡献，其 具有很高的电阻率。 2）PN结加上一定负偏压，耗尽区 扩展，可达全耗尽，死层极薄， 外加电压几乎全部加到PN结上， 形成很高电场。 3）漏电流很小，有很好的信噪比
PN结的偏压特性 加反向电压,N区接正,P区接负,外加电场方向与内建电场方向相 同,使耗尽层增厚,漂移运动增强。当带电粒子穿过时产生电子一空 穴对,在高电场下分别向正负电极漂移,产生信号。信号幅度正比于 电子空穴对数目,正比于入射粒子损失能量。所以加反向偏压的PN结 就是结型半导体探测器的灵敏区。 P (b)
PN结的偏压特性 • 加反向电压，N区接正， P区接负，外加电场方向与内建电场方向相 同，使耗尽层增厚，漂移运动增强。当带电粒子穿过时产生电子－空 穴对，在高电场下分别向正负电极漂移，产生信号。信号幅度正比于 电子空穴对数目，正比于入射粒子损失能量。所以加反向偏压的PN结 就是结型半导体探测器的灵敏区
三、載流子的产生和复合 ·非平衡载流子:入射粒子产生的载流子。类似气体电 离,产生一对电子空穴对所需消耗的能量称作平均电离 能W,W与Bg一样与半导体材料和温度有关。 温度 硅S的W 锗Ge的W 室温300K 3.62eV 2.80eV 低温77K 3.76eV 2.96eV 复合和俘获: 1)导带上的电子直接被满带中空穴俘获; 2)通过晶体中杂质和晶格缺陷在禁带内的中间能级- 复合中心和俘获中心进行
三、载流子的产生和复合 • 非平衡载流子：入射粒子产生的载流子。类似气体电 离，产生一对电子空穴对所需消耗的能量称作平均电离 能W，W与Eg一样与半导体材料和温度有关。 • 复合和俘获： 1）导带上的电子直接被满带中空穴俘获； 2）通过晶体中杂质和晶格缺陷在禁带内的中间能级—— 复合中心和俘获中心进行 温度 硅Si的W 锗Ge的W 室温300K 3.62eV 2.80eV 低温77K 3.76eV 2.96eV
载流子寿命:非平衡载流子数目N随时间按指数规律 衰减。 τ:非平衡载流子从产生到复合或 N=Naex俘获前平均存在的时间 载流子漂移速度:电子漂移速度O,=从Eμ电子迁移率 空穴漂移速度n= LE us空穴迁移率 忪单位场强作用下载流子的平均漂移速度,与温度、场强和 杂质浓度有关。在一定温度和场强范围内有经验公式 以2m式中α和B是常数,与材料有关,对电子、空穴其值不同 C 扩散长度或俘获长度: E n,p n,p n p n,p P 表示非平衡载流子从产生到消失前平均移动的距离。 扩散长度必须大于探测器灵敏区厚度
0 t N N e − = ：非平衡载流子从产生到复合或 俘获前平均存在的时间 n n n p p p E E = = 电子漂移速度 电子迁移率 空穴漂移速度 空穴迁移率 T = ：单位场强作用下载流子的平均漂移速度，与温度、场强和 杂质浓度有关。在一定温度和场强范围内有经验公式 ，式中 和 是常数，与材料有关，对电子、空穴其值不同。 L E n p n p n p n p n p , , . , . = = • 载流子寿命：非平衡载流子数目N0随时间按指数规律 衰减。 • 载流子漂移速度： • 扩散长度或俘获长度： 表示非平衡载流子从产生到消失前平均移动的距离。 扩散长度必须大于探测器灵敏区厚度