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；  (一) 半导体作为探测介质的物理性能 1.平均电离能 （w） 2.96eV 3.76eV   77oK 3.62eV 300oK Ge Si       入射粒子在半导体介质中平均产生一对电子空穴需要的能量。        半导体中的平均电离能与入射粒子能量无关。在半导体中消耗能量为E时，产生的载流子数目N为： 2. 载流子的漂移      由于 电子迁移率?n 和 空穴迁移率?p 相近，与气体探测器不同，不存在电子型或空穴型半导体探测器。 对N型半导体，电子的漂移速度为 对P型半导体，空穴的漂移速度为      电场较高时，漂移速度随电场的增加较慢，最后达到载流子的饱和速度～107cm/s。 3. 电阻率与载流子寿命 半导体电阻率： 本征电阻率：    掺杂将大大降低半导体的电阻率，对硅来说掺杂对电阻率的影响比锗显著得多。当半导体材料被冷却到液氮温度时将大大提高电阻率。  载流子寿命?--载流子在俘获以前，可在晶体中自由运动的时间。只有当漂移长度                    大于灵敏体积的长度才能保证载流子的有效收集。对高纯度的Si和Ge ?～10-3s，决定了Si和Ge为最实用的半导体材料。      高的电阻率和长的载流子寿命是组成半导体探测器的关键。  (二) P-N结半导体探测器 1、P-N结半导体探测器的工作原理  P-N结区(势垒区)的形成： 　   多数载流子扩散，空间电荷形成内电场并形成结区。结区内存在着势垒，结区又称为势垒区。势垒区内为耗尽层，无载流子存在，实现高电阻率，达             ，远高于本征电阻率。 n-type p-type -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  -   -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  - -  -  -  -  -  -  -  -  -  -  - + + + + + + + + + + + + + + +   2、P-N结半导体探测器的类型 1) 扩散结(Diffused Junction)型探测器 采用扩散工艺——高温扩散或离子注入；材料一般选用P型高阻硅，电阻率为1000；在电极引出时一定要保证为欧姆接触，以防止形成另外的结。  2) 金硅面垒(Surface Barrier)探测器 一般用N型高阻硅，表面蒸金50～100?g/cm2 氧化形成P型硅，而形成P-N结。工艺成熟、简单、价廉。  3.应用  重带电粒子能谱测量--        谱仪 1.P-N结的构成       采用高纯度的 P型Ge单晶，杂质浓度为             。因为杂质浓度极低，相应的电阻率很高。空间电荷密度很小，P区的耗尽层厚度大。 一般半导体材料杂质浓度为~1015原子/cm3。 电荷分布 （三）高纯锗半导体探测器 1) P区存在空间电荷，HPGe半导体探测器是PN结型探测器。 2) P区为非均匀电场。 3) P区为灵敏体积，其厚度与外加电压有关，一般工作于全耗尽状态。 4) HPGe半导体探测器可在常温下保存，低温下工作。 2.高纯锗半导体探测器特点 * 第五节 辐射探测及常用辐射探测器     对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度(数量)、能量及时间等特性。即对辐射进行测量。    辐射探测器的定义：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。 为什么需要辐射探测器？   射线与物质相互作用的分类 X-rays and ? rays Fast electrons Neutrons Heavy charged particles Uncharged Radiations Charged Particulate Radiations 辐射探测的基本过程：  辐射粒子射入探测器的灵敏体积；  入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积能量；  探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号。 对非带电粒子通过次级效应产生次电子或重带电粒子,实现能量的沉积。 常用的辐射探测器按探测介质类型及作用机制主要分为： 气体探测器；  闪烁探测器；  半导体探测器。     气体探测器是以气体为工作介质，由入射粒子在其中产生的电离效应引起输出电信号的探测器。由于产生信号的工作机制不同，气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以及相应的适用领域。     核辐射引起气体的电离：入射带电粒子通过气体介质时，使气体分子、原子电离和激发，并在通过的路径周围生成大量离子对。  一. 气体探测器 各种气体探测器      电离能W：带电粒子在气体中产生一电子离子对所需的平均能量。   对不同的气体， W大约为30eV。      若入射粒子的能量为E0，当其能量全部损失在气体介质中时，产生的平均离子对数为：   离子和电子在外加电场中的漂移        离子和电子除了与作热运动的气体分子碰撞而杂乱运动和因空间分布不均匀造成的扩散运动外，还有由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。        这种运动称为“漂移运动”，定向运动的速度为“漂移速度”。它是形成输出信号的基本过程。         工作气体：     气体探测器的工作介质为气体，工作气体充满电离室内部空间；     工作气体有确定的组成，一般为氩气(Ar ) 加少量多原子分子气体CH4。     气体压力：从10-1~10大气压。     需要保证气体的成分和压力，所以一般电离室均需要一个密封外壳将电极系统包起来。 气体探测器的圆柱型电离室结构 高压极 负载电阻 灵敏体积 输出信号： 分别为极板电容、分布电容和放大器输入电容。   气体电离探测器主要有电离室、正比计数器、G-M计数器等类型。     当在两电极上所加电压不同时，就造成气体探测器的不同工作状态。    随着工作电压的升高，在中央阳极附近很小的区域内，电场强度足够强，以至电子在外电场的加速作用下，能发生新的碰撞电离，我们称之为气体放大或雪崩过程。  I :   复合区 II :  饱和区 III : 正比区 IV:   有限正比区 V:   G-M工作区 VI:   连续放电区 仅用作计数 形成正离子鞘，与入射粒子能量无关。 G-M工作区 G-M 计数管 计数及测量入射粒子能量 正比区 正比计数器 计数及测量入射粒子能量 饱和区 电离室 用途 输出信号 工作区域 二. 闪烁探测器     利用辐射在某些物质中产生的闪光，产生荧光光子来探测电离辐射的探测器。 闪烁体 光电倍增管(打拿极) 反射层 管座 分压器 高压 多道或单道 光阴极 阳极 荧光光子 光电子 暗盒 窗 前置放大器 闪烁探测器的工作过程： (1)    辐射射入闪烁体使闪烁体原子电离或激发，受激原子退激而发出波长在可见光波段的荧光。 (2)   荧光光子被收集到光电倍增管(PMT)的光阴极，通过光电效应打出光电子。 (3)   电子运动并倍增，并在阳极输出回路输出信号。 闪烁探测器可用来测量

辐射探测及常用辐射探测器.ppt