清华大学辐射安全与防护培训辐射探测器.ppt

清华大学辐射安全与防护培训辐射探测器200810
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“漂移运动电
成因：
4) PMT 的时间特性
飞行时间(渡越时间)
一个光电子从光阴极到达阳极的平均时间。
渡越时间离散
到达阳极的每个电子都经历了不同的倍增过程和飞行距离，反映了飞行时间的涨落，是决定闪烁计数器分辨时间的限制因素。
：te的分布函数的半宽度
5) PMT 的稳定性
稳定性是指在恒定辐射源照射下，光电倍增管的阳极电流随时间的变化。
包含两部分：
短期稳定性，指建立稳定工作状态所需的时间。一般在开机后预热半小时才开始正式工作。
长期稳定性：在工作达到稳定后，略有下降的慢变化，与管子的材料、工艺有关，同时与周围的环境温度有关。长期工作条件下，须采用“稳峰”措施。
（三）闪烁探测器的应用
主要用于构成 谱仪
光电
倍增管
闪烁体
射极
输出
器
线性脉冲
放大器
单道脉冲
幅度分析器
多道脉冲
幅度分析器
打印机
自动定标器
线性率表
高压电源
示波器
源
图3-1 Nal(T1)闪烁谱仪装置示意图
半导体探测器的基本原理是带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子－空穴对，电子－空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。
我们把气体探测器中的电子－离子对、闪烁探测器中被 PMT第一打拿极收集的电子 及半导体探测器中的电子－空穴对统称为探测器的信息载流子。产生每个信息载流子的平均能量分别为30eV(气体探测器)，300eV(闪烁探测器)和3eV(半导体探测器)。
三. 半导体探测器
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
（w）
Si
Ge
300ºK

77ºK


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。

重带电粒子能谱测量-- 谱仪
-N结的构成
采用高纯度的 P型Ge单晶，杂