Содержание
- 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ Полупроводниковый детектор – твердотельный аналог ионизационной камеры, прибор для регистрации ионизирующих излучений, основным элементом
- 3. Процесс передачи электрических зарядов в ППД ППД представляет собой полупроводниковый диод, на который подано обратное (запирающее)
- 4. СОБСТВЕННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ Плоская модель кристаллической решетки беспримесного (идеального, собственного) германия при двух температурах. Соответствующие энергетические диаграммы.
- 5. ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ Наличие доноров в кристаллической решетке германия или кремния приводит к появлению слабо связанных электронов,
- 6. Образование и свойства р-n перехода Две области с р и n типами проводимости до сближения +
- 7. 5 Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К "размывают" амплитуду импульсов и
- 8. 5 Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К "размывают" амплитуду импульсов и
- 9. Требования к материалу ППД 1. Большая часть энергии частицы (кванта), поглотившаяся в полупроводнике должна приводить к
- 11. Основные типы ППД 1. Поверхностно-барьерные, где n-p переход осуществлен непосредственно на поверхности полупроводника. Применяются для спектроскопии
- 12. ППД: штриховкой выделена чувствительная область; n – область полупроводника с электронной проводимостью, р – с дырочной,
- 15. Основные характеристики ППД Энергетическое разрешение детектора называется отношение ширины ΔE на полувысоте к энергии E, соответствующей
- 16. Обычно энергетическое разрешение детекторов γ-квантов определяют по γ-линиям радиоактивного источника 60Со(Eγ1 = 1,17Мэв, Eγ2= 1,33Мэв). На
- 17. Преимущества полупроводниковых детекторов 1. Энергия, необходимая для получения одной пары носителей в детекторе, гораздо меньше (2,96
- 19. Скачать презентацию
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Полупроводниковый детектор – твердотельный аналог ионизационной камеры, прибор для регистрации
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Полупроводниковый детектор – твердотельный аналог ионизационной камеры, прибор для регистрации
Принципиальная схема ППД
на кремниевой основе
Схема включения ППД
В ППД ликвидированы два недостатка газонаполненных детекторов. Во-первых, плотность газа низка и энергия, теряемая частицей в объёме детектора мала, что не позволяет эффективно регистрировать высокоэнергичные и слабоионизующие частицы. Во-вторых, энергия, необходимая для рождения пары электрон-ион в газе велика (30-40 эВ), что увеличивает относительные флуктуации числа зарядов и ухудшает энергетическое разрешение.
Процесс передачи электрических зарядов в ППД
ППД представляет собой полупроводниковый диод,
Процесс передачи электрических зарядов в ППД
ППД представляет собой полупроводниковый диод,
P-n-переход (n-p-переход) - переходная область между двумя частями одного кристалла полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая - дырочную (p-типа). В области p-n-перехода возникает электрическое поле, которое препятствует переходу электронов из n- в р-область, а дырок обратно, что обеспечивает выпрямляющие свойства p-n-перехода. Является основой многих полупроводниковых приборов.
СОБСТВЕННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Плоская модель кристаллической решетки беспримесного (идеального, собственного) германия при двух
СОБСТВЕННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Плоская модель кристаллической решетки беспримесного (идеального, собственного) германия при двух
ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Наличие доноров в кристаллической решетке германия или кремния приводит к
ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
Наличие доноров в кристаллической решетке германия или кремния приводит к
Образование и свойства р-n перехода
Две области с р и n типами
Образование и свойства р-n перехода
Две области с р и n типами
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К
Увеличение разброса амплитуды импульсов могут вызывать конструкционные несовершенства, приводящие к искажению распределения электричtcrjuj поля у анода. Большое влияние на ЭР оказывают стабильность V0 (≤0,05%) и чистота газа. Для инертных газов, СO2, СН4 не наблюдается прилипания электронов, но присутствие даже незначительного кол-ва (<0,1%) электроотрицательных молекул Н2О, СО, О2, С2 и т. д. приводит к значит. ухудшению ЭР, т. к. амплитуда импульса становится зависимой от места образования первичных электронов. Добавки некото-рых газов с потенциалом ионизации, меньшим потенциала ионизации основного газа, могут приводить к уменьшению ср. энергии, затраченной на образование пары ионов, следовательно к улучшению разрешения
Образование резкого p-n перехода. Упрощенная плоская модель перехода + соответствующая энергетическая диаграмма. φр, φn, Vbi - электростатические потенциалы левой и правой части системы и контактная разность потенциалов соответственно. Е - вектор напряженности поля в переходе. Стрелками показано направление диффузии электронов и дырок соответственно. Стрелками 2 и 4 показано направление дрейфа электронов и дырок. В равновесном состоянии суммарный заряд слева при x < - xp и справа при x > xn равен нулю. Эти области электрически нейтральны.
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К
5
Энергетическое разрешение: флуктуации в количествеве первичных ионов, а также флуктуации К
Увеличение разброса амплитуды импульсов могут вызывать конструкционные несовершенства, приводящие к искажению распределения электричtcrjuj поля у анода. Большое влияние на ЭР оказывают стабильность V0 (≤0,05%) и чистота газа. Для инертных газов, СO2, СН4 не наблюдается прилипания электронов, но присутствие даже незначительного кол-ва (<0,1%) электроотрицательных молекул Н2О, СО, О2, С2 и т. д. приводит к значит. ухудшению ЭР, т. к. амплитуда импульса становится зависимой от места образования первичных электронов. Добавки некото-рых газов с потенциалом ионизации, меньшим потенциала ионизации основного газа, могут приводить к уменьшению ср. энергии, затраченной на образование пары ионов, следовательно к улучшению разрешения
Смещенный в обратном направлении р - n переход. Стрелками 1 и 2 показан дрейф электронов и дырок (неосновных носителей в соответствующих областях), которые обуславливают обратный ток через переход.
Несимметричный резкий переход р+-n переход.
Требования к материалу ППД
1. Большая часть энергии частицы (кванта), поглотившаяся в
Требования к материалу ППД
1. Большая часть энергии частицы (кванта), поглотившаяся в
2. После создания электронов и дырок в объеме полупроводника, необходимо как можно полнее собрать заряды на электродах. Для этого они должны обладать большим временем жизни и подвижностью. Время жизни носителей определяется наличием атомов примесей-ловушек и структурных дефектов, которые могут захватывать электроны и дырки на некоторое время, а также способствовать их рекомбинации.
3. Важное свойство полупроводникового материала это атомный номер Z и плотность ρ. Чем выше значение Z, тем тем больше удельные ионизационные потери для заряженных частиц и сечение элементарных процессов взаимодействия гамма-квантов с атомами, т. е. тем выше эффективность регистрации.
4. Очень важным свойством материала применяемого для изготовления детекторов является его удельное сопротивление.
Основные типы ППД
1. Поверхностно-барьерные, где n-p переход осуществлен непосредственно на поверхности
Основные типы ППД
1. Поверхностно-барьерные, где n-p переход осуществлен непосредственно на поверхности
2. Диффузионные n-p детекторы, в которых n-p переход создается в объеме – в процессе диффузии примесей. ,,Окном” служит обычно слой иной проводимости, образовавшийся у поверхности полупроводника.
3. Диффузионно-дрейфовые n-i-p детекторы, в которых дополнительно вводится i-область с собственной проводимостью - это обычно наиболее высокоомная и чувствительная область детектора с шириной до нескольких миллиметров. Окном детектора в этом служат ,,n” или ,,p” зона. Применяется для спектроскопии частиц с большими пробегами в веществе. При изготовлении таких детекторов, в частности для гамма-спектроскопии, методами диффузии и дрейфа дополнительно вносится легирующая добавка лития.
ППД: штриховкой выделена чувствительная область; n – область полупроводника с электронной
ППД: штриховкой выделена чувствительная область; n – область полупроводника с электронной
Основные характеристики ППД
Энергетическое разрешение детектора называется отношение ширины ΔE на полувысоте
Основные характеристики ППД
Энергетическое разрешение детектора называется отношение ширины ΔE на полувысоте
Эффективность регистрации – это отношение числа зарегистрированных частиц или гамма-квантов к полному числу частиц или гамма-квантов, попавших в детектор.
Малое время собирания зарядов (порядка 10-8 – 10-12 с)обеспечивает высокую временную разрешающую способность полупроводникового счетчика, т.е. возможность разделить во времени два близких импульса
Обычно энергетическое разрешение детекторов γ-квантов определяют по γ-линиям радиоактивного источника 60Со(Eγ1
Обычно энергетическое разрешение детекторов γ-квантов определяют по γ-линиям радиоактивного источника 60Со(Eγ1
ΔE/E = ΔN/N = D1/2/N = ≈ N1/2/N = N-1/2
N (число носителей) для германиевого детектора в случае: Eγ1 = 1,2 - 1,3 Мэв (т. е. для 60Со); N(Co) = 1,2٠106эв/3эв = 4٠105;
ΔE/E=ΔN/N= N(60Со)-1/2 = ≈ (4,5٠105)-1/2 = 1,5٠10-3
Таким образом ΔEγ = (1,2 — 1,3 Мэв) 1,5٠10-3 = 2٠10-3 Мэв
Обычно энергетическое разрешение детекторов γ-квантов определяют по γ-линиям радиоактивного источника 60Со(Eγ1 = 1,17Мэв, Eγ2= 1,33Мэв). На образование одной пары "электрон-дырка" в германии требуется порядка 3 эВ (в сцинтилляторе около 350 эВ, в ионизационной камере около 35 эВ). Энергетическое разрешение детектора зависит от флуктуаций в числе N пар носителей зарядов. Амплитуда сигнала пропорциональна N. Распределение числа носителей — распределение Пуассона. Его дисперсия D определяется соотношением D = N ≈ N, откуда
ΔE/E = ΔN/N = D1/2/N = ≈ N1/2/N = N-1/2
N (число носителей) для германиевого детектора в случае: Eγ1 = 1,2 - 1,3 Мэв (т. е. для 60Со); N(Co) = 1,2٠106эв/3эв = 4٠105;
ΔE/E=ΔN/N= N(60Со)-1/2 = ≈ (4,5٠105)-1/2 = 1,5٠10-3
Таким образом ΔEγ = (1,2 — 1,3 Мэв) 1,5٠10-3 = 2٠10-3 Мэв
ПРИМЕР
Преимущества полупроводниковых детекторов
1. Энергия, необходимая для получения одной пары носителей в
Преимущества полупроводниковых детекторов
1. Энергия, необходимая для получения одной пары носителей в
2. Плотность материала полупроводникового детектора гораздо больше, чем плотность газов, заполняющих ионизационные камеры. Поэтому даже небольшие детекторы могут регистрировать частицы высоких энергий и γ-кванты.
3. Время нарастания электрического импульса в детекторах значительно меньше, чем в ионизационных камерах (разрешающее время 10-7-10-9 сек.), так как подвижность носителей в полупроводнике гораздо больше, чем подвижность ионов и электронов в камерах.
3. Амплитуда сигнала от ППД будет пропорциональна энергии ионизирующей частицы в широком интервале энергий. Поэтому ППД используются в спектрометрии ионизирующих частиц и гамма - квантов.
4. Возможность получения компактных детекторов малых размеров (обычно кремневых).