半導體射線探測器，用半導體材料製成的能將射線信息轉換成電信號的探測器。
基本介紹
- 中文名：半導體射線探測器
- 用途：將射線信息轉換成電信號
歷史,原理,類型特點及套用,
歷史
1949年K.G.麥凱首次用放射線照射PN結二極體觀察到輸出信號。
原理
半導體探測器實質上是一個半導體PN結。在一般通用二極體或三極體所用的半導體PN結交界處，存在一個沒有自由載流子的耗盡區。由於N型半導體的多數載流子（電子）與P型半導體的多數載流子（空穴）的擴散形成的空間電荷電場又使這些載流子返回，達到動態平衡後致使在空間電荷區內不再有可自由移動載流子，即載流子被“耗盡”。而耗盡區只有固定不動的施主正電中心與受主負電中心，因此有很高的電阻率，即當加負偏壓時有極小的漏電流。當射線在耗盡區內沉積一定能量並激發產生電子–空穴對時，這些電子–空穴對在結區電場中分別向正極和負極運動並被收集，可使電極輸出明顯高於漏電流，產生同射線沉積的能量成正比的電信號。同通用電子學PN結相比，PN結作為探測器，更有其特殊點：
①較寬的耗盡層，因為耗盡層寬度隨反向偏壓（P邊為負極，N邊為正極）增加而增寬，故正負極間電壓常加到數百伏。
②電子–空穴對在電場中運動過程中不被複合並有高的遷移率，可得到大而快的電信號，這也要求加高反向偏壓。
③較大的結面積（0.01～200厘米2），由此可得到較大的耗盡區以產生較多的電子–空穴對。
④PN結兩側分別有高導電率的重摻雜硼的P＋層–金屬膜作為歐姆接觸陰極，重摻雜磷的N＋層–金屬膜作為陽極。
類型特點及套用
由於在摻雜的矽和鍺中產生一個空穴–電子對所需的能量約為3電子伏，此值僅為氣體電離型探測器產生一個電子–離子對所需能量的1/10，因此半導體探測器比氣體電離探測器的能量解析度好得多（見電離室）。這是除半導體探測器體積小以外的最重要優點。探測器的形成方法常用離子注入法和類似PN結特性的金屬–半導體面接觸勢壘法。早期用的擴散法因形成不靈敏的死層較厚已不常用。發展較快的有以下幾類：
①金矽面壘型探測器。較常用的一種探測器，能量解析度較好。特別是當處於全耗盡狀態工作，即加較高電壓使耗盡區接近材料厚度時，能對空穴–電子對有完全的收集，且死區極薄，可得到薄窗和進行高精度的粒子能量沉積測量，並有快回響時間。這些特點適合於粒子定時和粒子鑑別。但這種探測器厚度只能做到1毫米以下，不能測量稍高能量的粒子全部能量。
②鋰漂移型探測器。利用鋰漂移效應可使矽或鍺的耗盡區大大增厚（可達2厘米），有利於測量硬γ射線、質子、β射線和X射線。鋰漂移型探測器有平面型、頂帽型、同軸型和槽溝型等結構。由矽–鋰探測器組成的X射線螢光分析儀已廣泛套用於工業、農業、醫學、考古、礦產、環境和空間技術等領域。鍺–鋰探測器雖然也可使探測器製得很厚，且有很高的能量解析度，在γ譜學方面起過重要作用，但需要在液氮中保存和使用。
③高純鍺（HPGe）探測器。由於耗盡區寬度隨雜質濃度減少而增寬，因此減少雜質濃度（即高純度鍺）也是增寬耗盡區的方法之一。結構也分為平面型和同軸型兩種。同軸型高純鍺探測器可製成大體積，可測到10兆電子伏能區的γ射線能量。高純鍺探測器可在室溫下保存，有取代鍺–鋰探測器的趨向。
④其他探測器。用於粒子物理實驗、核醫學和同步輻射等領域的位置靈敏矽微條探測器發展很快。砷化鎵、碲化鎘和碘化汞等化學半導體探測器受到重視。因它們皆有高原子序數、高密度，適合於測高能γ射線，並可在室溫下工作。
