半导体探测器探测原理及性能参数
thorlabs det210 参数
thorlabs det210 参数THORLABS DET210参数THORLABS DET210是一款高性能的光电探测器，具有多项先进的技术和功能，适用于各种光学实验和应用领域。
本文将从光电探测器的基本原理、主要技术指标、应用范围和使用注意事项等方面，对THORLABS DET210的参数进行详细介绍。
一、光电探测器基本原理光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的装置。
THORLABS DET210采用的是光电二极管（Photodiode）作为光电转换元件，其原理是利用光子的能量将半导体材料中的电子激发到导带，从而形成电流。
光电二极管具有高响应速度、宽波长范围和高灵敏度等特点。
二、主要技术指标1. 光谱范围：THORLABS DET210的光谱范围为200nm至1100nm，适用于可见光和近红外光学实验。
2. 增益调节范围：该探测器具有可调节的增益范围，可以根据实验需求进行灵活调整。
3. 响应速度：THORLABS DET210的响应速度高达10MHz，适用于高速光学实验和通信领域。
4. 噪声等效功率：探测器的噪声等效功率较低，为pW级别，可以提供高信噪比的测量结果。
5. 最大输入功率：该探测器可承受的最大输入功率为5mW，超过此功率可能会损坏器件。
三、应用范围THORLABS DET210广泛应用于光学实验和研究领域，包括光谱分析、激光测量、光通信、光纤传感等。
其高灵敏度和快速响应速度使其成为精密测量的理想选择。
例如，在光谱分析中，可以利用该探测器测量光源的强度分布和光谱特性；在激光测量中，可以用于测量激光功率和激光束质量等参数；在光通信中，可以用于接收和解调光信号。
四、使用注意事项1. 使用前请先阅读产品说明书，并按照要求正确连接和调节仪器。
2. 在使用过程中，避免将THORLABS DET210暴露在过高的光强下，以免损坏器件。
3. 注意保持器件的清洁，避免灰尘等杂质影响测量的准确性。
半导体探测器的工作原理
半导体探测器的工作原理半导体探测器是一种利用半导体材料制成的探测器，它可以用于测量辐射、粒子和光子等。
半导体探测器的工作原理主要基于半导体材料的特性以及辐射或粒子与半导体材料相互作用的过程。
本文将从半导体材料的基本特性、探测器的结构和工作原理等方面进行介绍。
半导体材料的基本特性。
半导体材料是介于导体和绝缘体之间的一类材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间。
半导体材料的导电性主要取决于其杂质浓度和温度。
在半导体材料中，掺杂了少量的杂质可以显著地改变其导电性能，形成n型半导体和p型半导体。
n型半导体中电子是主要的载流子，而p型半导体中空穴是主要的载流子。
探测器的结构。
半导体探测器通常由半导体材料制成的探测器本体和前端电路、后端电路组成。
探测器本体是由高纯度的半导体材料制成的，通常是硅(Si)或锗(Ge)材料。
前端电路主要用于收集和放大探测器本体中产生的电荷信号，而后端电路则用于信号的处理和数据的采集。
工作原理。
当辐射或粒子穿过半导体探测器时，会与半导体材料发生相互作用，产生电荷对。
这些电荷对会在半导体材料中产生电场，并在电场的作用下分离，形成电荷信号。
前端电路会收集并放大这些电荷信号，然后将其送入后端电路进行进一步处理和数据采集。
半导体探测器的工作原理主要基于半导体材料的能带结构和电荷输运的过程。
当辐射或粒子穿过半导体材料时，会激发半导体材料中的电子和空穴，形成电荷对。
这些电荷对在半导体材料中运动，产生电荷信号。
通过对电荷信号的收集和处理，可以获得辐射或粒子的能量和位置信息。
在实际应用中，半导体探测器可以用于核物理实验、医学成像、核辐射监测等领域。
由于半导体探测器具有高能量分辨率、快速响应速度和较高的空间分辨率等优点，因此在科学研究和工程应用中得到了广泛的应用。
总结。
半导体探测器的工作原理基于半导体材料的特性以及辐射或粒子与半导体材料相互作用的过程。
通过对电荷信号的收集和处理，可以获得辐射或粒子的能量和位置信息。
半导体光电探测器的原理及其应用
半导体光电探测器之阳早格格创做纲要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的处事本理及其个性，末尾叙述了光电导探测器与光伏探测器的辨别.闭键词汇：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器弁止光电探测器是一种受光器件,具备光电变更功能.光敏器件的种类繁琐,有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等;有雪崩型的及非雪崩型的;有PN 结型、PIN结型及同量结型的等.由于光电探测器的赞同速度快,体积小,暗电流小,使之正在光纤通讯系统、光纤尝试系统、光纤传感器、光断绝器、彩电光纤传输、电视图象传输、赶快光源的光探测器、微小光旗号的探测、激光测距仪的接支器件、下压电路中的光电丈量及光电互感器、估计机数据传输、光电自动统造及光丈量等圆里得到了广大应用.半导体光电探测器是用半导体资料创造的能接支战探测光辐射的器件.光映照到器件的光敏区时，它便能将光旗号转形成电旗号，是一种光电变更功能的测光元件.它正在国防战工农业死产中有着要害战广大的应用.半导体光电探测器可分为光电导型战光伏型二种.光电导型是指百般半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包罗光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.本文最先介绍了光电系统的组成，而后分别介绍其处事本理及其个性，末尾将那二类探测器举止比较.一、光电子系统的组成系统又称为收射天线，果为光波是一种电磁波，收射光教系统所起的效率战无线电收射天线所起的效率真足相共.收支进去的光旗号通过传输介量，如大气等，到达接支端.由接支光教系统或者接支天线将光散焦到光电探测器上，光电过少距离传输后会衰减，使接支到的旗号普遍很强，果此需要用前置搁大器将其搁大，而后举止解码，还本成收支端本初的待传递旗号，末尾由末端隐现器隐现出去.图1-1光电子系统图二、半导体探测器的本理1、光电导探测器光电导探测器主假如通过电阳值的变更去检测，以下尔将以光敏电阻为例介绍其处事本理.光敏电阻又称光导管, 它不极性, 杂粹是一个电阻器件, 使用时既可加曲流电压, 也不妨加接流电压.无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小. 当光敏电阻受到一定波少范畴的光照时, 它的阻值（明电阻）慢遽缩小, 电路中电流赶快删大. 普遍期视暗电阻越大越佳, 明电阻越小越佳,此时光敏电阻的敏捷度下. 本量光敏电阻的暗电阻值普遍正在兆欧级, 明电阻正在几千欧以下.它的处事本理图如2-1图当不光照时，Rd=10断路当有光照时，Rd= 导通2、光伏探测器光伏探测器鉴于光照爆收电势好，用测电势好的本理.它分为光电池与光电二极管二种典型，光电池主假如把光能变更为电能的器件，暂时有硒光电池、硅光电池、砷化镓及锗光电池等，但是暂时使用最广的是硅光电池.光电二级管分为P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等.以下尔将分别介绍其处事本理及其个性. 1）P-N结光电二级管2）PIN光电二级管PIN光电二极管又称赶快光电二极管，与普遍的光电二极管相比，它具备不的时间常量，并使光谱赞同范转背少波目标移动，其峰值波少可移至1.04~1.06um而与YAG激光器的收射波少相对于应.它具备敏捷度下的便宜，所以通时常使用于强光检测（线性）.它的结构图如2-3所示，它是由P型半导体战N型半导体之间夹了一层本征半导体形成的.果为本征半导体近似于介量，那便相称于删大了P-N结结电容二个电极之间的距离，使结电容变得很小.其次，P型半导体战N型半导体中耗尽层的宽度是随反背电压减少而加宽的，随着反偏偏压的删大，结电容也要变得很小.由于I层的存留，而P区普遍干得很薄，进射光子只可正在I层内被吸支，而反背偏偏压主要集结正在I区，产死下电场区，I区的光死载流子正在强电场效率下加速疏通，所以载流子渡越时间常量（）减小，进而革新了光电二极管的频次赞同.共时I层的引进加大了耗尽区，展宽了光电变更的灵验处事地区，进而使敏捷度得以普及.3）雪崩光电二级管雪崩光电二级管（APD）是得用光死载流子正在下电场区内的雪崩效力而赢得光电流删益，具备敏捷度下、赞同快等便宜，通时常使用于激光测距、激光雷达、强光检测（非线性）.APD雪崩倍删的历程是：当光电二极管的p-n结加相称大的反背偏偏压时，正在耗尽层内将爆收一个很下的电场，它脚以使正在强电场区漂移的光死载流子赢得充分的动能，通过与晶格本子碰碰将爆收新的电子-空穴对于.新的电子-空穴对于正在强电场效率下，分别背好同的目标疏通，正在疏通历程中又大概与本子碰碰再一次爆收新的电子-空穴对于.如许反复，产死雪崩式的载流子倍减少.那个历程便是APD的处事前提.APD普遍正在略矮于反背北脱电压值的反偏偏压下处事.正在无光照时，p-n结不会爆收雪崩倍删效力.但是结区一朝有光映照，激励出的光死载流子便被临界强电场加速而引导雪崩倍删.若反背偏偏压大于反背打脱电压时，光电流的删益可达（十的六次圆）即爆收“自持雪崩倍删”.由于那时出现的集粒噪声可删大到搁大器的噪声火仄，以以致器件无法使用.4）光电三级管光电三级管与光电二极管比较，光电三级管输出电流较大，普遍正在毫安级，但是光照个性较好，多用于央供输出电流较大的场合.光电三极管有pnp战npn型二种结构，时常使用资料有硅战锗.比圆用硅资料创造的npn型结有3DU型，pnp型有3CU型.采与硅npn型光电三极管，其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变更效率小，所以得到位广大应用.底下以3DU型光电三极管为例证明它的结构、处事本理与主要个性.3DU型光电三极管是以p型硅为基极的三极管，如图2-4（a）所示.由图可知，3DU管的结媾战一般晶体管类似，不过正在资料的掺杂情况、结里积的大小战基极引线的树立上战一般晶体管分歧.果为光电三极管要赞同光辐射，受光里即集电结（bc结）里积比普遍晶体管大.其余，它是利用光统造集电极电流的，所以正在基极上既可树立引线举止电统造，也不妨不设，真足共光一统造.它的处事本理是处事时各电极所加的电压与一般晶体管相共，即要包管集电结反偏偏置，收射正偏偏听偏偏置.由于集电结是反偏偏压，正在结区有很强的内修电场，对于3DU管去道，内修电场目标是由c到b的.战光电二极管处事本理相共，如果有光照到集电结上，激励电子-空穴对于，接着那些载流子被内修电场分散，电子流背集电极，空穴流背基极，相称于中界背基极注进一个统造电流Ib=Ip.果为收射打队结是正偏偏置的，空穴则留正在基区，使基极电位降下，收射极便有洪量电子经基极流背集电极，总的集电极电流为Ic=Ip+βIp=(1+β)Ip，式中β为电流删益系数.由此可睹，光电三极管的集电结是光电变更部分.共时集电极、基极、收射极形成一个有搁大效率的晶体管.所以正在本理上不妨把它瞅万里一个由光电二极管与一般晶体管分散而成的拉拢件，如图2-4(b)所示.光电三级管另一个个性是它的明暗电流比要比光电二极管、光电池、光电导探测器大，所以光电三极管是用去做光启闭的理念元件.3．光电导探测器与电伏探测器的辨别1）光电导探测器是均值的，而光伏探测器是结型的.2）光。
半导体探测器的工作原理
半导体探测器的工作原理一、引言半导体探测器是一种利用半导体材料制成的探测器，具有高灵敏度、快速响应和较好的能量分辨率等优点。
它广泛应用于核物理、天文学、医学等领域。
本文将详细介绍半导体探测器的工作原理。
二、半导体材料半导体材料是指在温度为零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的物质。
常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)等。
这些材料具有特殊的电子结构，其价带和导带之间存在禁带宽度，能够在外界电场或光照下发生电子跃迁。
三、PN结PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构。
P型半导体中掺入了少量三价元素(如硼)，形成空穴(P+)；N型半导体中掺入了少量五价元素(如磷)，形成自由电子(N-)。
当P型和N型半导体相接触时，由于两者禁带宽度不同，在接触面上会形成一个耗尽层，其中自由电子和空穴会发生复合，形成正负离子。
这样就形成了PN结。
四、反向偏置将PN结的P端连接到正极，N端连接到负极，这样就形成了反向偏置。
此时，外界电场会加速耗尽层中的载流子，使得耗尽层变宽。
当反向电压达到一定值时，耗尽层变得很宽，这时候探测器的电流基本上不再增加。
五、正向偏置将PN结的P端连接到负极，N端连接到正极，这样就形成了正向偏置。
此时，在PN结中注入少量载流子(如空穴)，这些载流子会在耗尽层中发生复合，并产生少量电流。
如果在PN结两侧分别接上金属电极，则可以通过测量两个电极之间的电压来检测探测器中的辐射信号。
六、能量沉积当高能粒子穿过半导体材料时，会与材料原子相互作用并损失能量。
其中一部分能量被转化为激发或离化原子所需的能量，而另一部分能量则被转化为热能。
这样就在半导体材料中形成了电子空穴对，它们会在外界电场的作用下向PN结两端运动，并产生电流信号。
七、能量分辨率探测器的能量分辨率是指探测器能够分辨出两个不同能量的信号的能力。
它受到多种因素的影响，如材料本身的能带结构、探测器制备工艺、探测器温度等。
通常情况下，半导体探测器具有较好的能量分辨率。
半导体探测器的探测原理
半导体探测器的探测原理
半导体探测器的基本结构是p-n结。
它由p型半导体和n型半导体材料组成，这两种材料通过接触形成一个结。
在p-n结中，p型的材料处于正电位，n型的材料处于负电位。
当半导体处于不受光照射时，两种材料之间会形成一个正电势差，形成电场。
当有入射光照射到半导体探测器中时，光子将撞击半导体材料中的原子。
这将导致一些电子被激发到能量较高的能级。
在p-n结的界面处，正电势差会使得被激发的电子向p型区移动，而正空穴则向n型区移动。
这些移动的电子和空穴将导致电流的变化。
这是因为电子和空穴在移动的过程中会与材料中的原子相互作用，发生电离和复合等过程。
被激发的电子和正空穴将继续与周围的离子产生相互作用，形成一系列电子空穴对。
这些电子空穴对会以电流的形式流动，形成一个电信号。
此外，半导体探测器还可以通过对电信号的时间参数进行分析来获取更多的信息。
不同入射光子的能量会导致电信号的上升时间和下降时间不同。
通过测量电流的上升和下降曲线，可以确定入射光子的能量范围和事件的时间特征。
总结起来，半导体探测器的探测原理是通过入射光子激发半导体材料中的电子空穴对，产生电信号。
该电信号的强度和时间特征可以用于确定入射光子的能量和其他信息。
这使得半导体探测器成为许多领域中不可或缺的工具。
闪烁体、半导体、电离室探测器比较
闪烁体、半导体、电离室三大类探测器比较（闪烁体）碘化钠探头：他的激活剂是(TI)，对γ射线，当能量大于150keV时响应是线性的；对质子和电子，线性响应范围很宽，光输出和能量的关系接近通过原点的直线，仅在能量低于几百keV（对电子）和（1~2）MeV（对质子）时才偏离直线；对α粒子，能量大于4~5MeV后近似线性，但其直线部分延长不过原点。
因此测量α粒子（或其他重粒子）时，比须进行能量校准。
NaI(TI)烁体的主要优点是密度大，原子序数高，因而对γ射线探测效率高。
另外它的发光效率高，因而能量分辨率也较好。
它的缺点是容易潮解，因此使用必须密封。
碘化铯探头：CsI(TI)碘化铯是另一种碱金属卤化物，作为闪烁体材料常用铊或纳作激活剂。
铊的能量线性与碘化钠的接近，能量分辨率比碘化钠的差一些。
碘化铯的密度和平均原子序数比碘化钠更大，因此对γ射线的探测效率也更高。
与碘化钠相比，碘化铯的机械强度大，易于加工成薄片或做成极薄的蒸发薄膜。
此外，它不易潮解，也不易氧化。
但若暴露在水或高湿度环境中它也会变质。
碘化铯的主要缺点是光输出比较低，原材料价格较贵。
锗酸铋探头：与碘化钠（TI）同体积时，探测效率比碘化钠的高的多。
对0.511MeVγ光子，与NaI(TI)、CsF、和Ge半导体、塑料闪烁体相比，锗酸铋(BGO)有最大的效率和最好的信噪比。
BGO主要用于探测低能x射线、高能γ射线以及高能电子。
在低能区（<<0.5MeV）的能量分辨率比碘化钠的差，例如对于0.511MeV的γ射线，BGO的时间分辨为1.9ns，而碘化钠NaI(TI)的的为0.75ns。
BGO的主要缺点是折射率较高，尺寸大的BGO难以将光输出去。
价格高。
硫化锌：ZnS（Ag）它对α粒子的发光效率高，而对γ射线和电子不灵敏，很适合在强β、γ本底下探测重带点粒子如α、核裂片等，探测效率可达100%。
laBr3是新型卤化物闪烁体，其基本性能已经全面超越了传统的碘化钠闪烁体，谱仪具有比碘化钠更好的能量分辨率、峰形和稳定性。
CZT探测器工作原理与性能分析
CZT探测器工作原理与性能分析1 CZT晶体性能分析...................................................................... .. (1)2 CZT工作原理...................................................................... . (2)3 CdZnTe探测器的类型 ..................................................................... (3)4 CZT国内外研究现状及发展应用趋势 ..................................................................... . (4)4.1 国内外研究现状 ..................................................................... . (4)4.2 CZT发展应用趋势...................................................................... (4)碲锌镉(CZT)探测器是目前倍受关注的半导体核辐射探测器之一，与其他常用探测器相比，它有较多优点，下面进行对CZT晶体和探测器工作原理作相应的介绍。
1 CZT晶体性能分析CdZnTe晶体是近年发展起来的一种性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料，闪锌矿结构，空间群为F43m。
CdZnTe晶体是由于CdTe晶体的电阻率较低。
所制成的探测器漏电流较大，能量分辨率较低，在CdTe中掺入Zn后，其禁带宽度增加。
发展成为一种新材料。
CdZnTe(20,ZnTe，80,CdTe)晶体电阻率高(约1110,cm)、原子序数大(48,52)，禁带宽度较大。
基于宽禁带半导体材料的辐射探测技术
基于宽禁带半导体材料的辐射探测技术摘要：随着高能物理在各个行业中的应用，还有不同射线在我们日常生产生活中的应用，关于高能、高温环境下保证辐射探测器稳定运行的性能也提出了更高的要求。
宽禁带半导体材料是第三代半导体材料，具有极高的抗辐射性、热稳定性的特点，相对来说，SiC的材料的发展较为成熟，也是不同宽禁带半导体探测器的最佳选择。
本文针对宽禁带半导体材料为基础的辐射探测器进行研究，并且在不同能量和辐射粒子入射的条件下对探测效率、能量沉积等进行计算和分析，为宽禁带半导体材料的应用奠定良好的基础。
关键词：宽禁带半导体材料；辐射探测技术；应用效果随着科学技术的研究，半导体辐射探测器随着新材料的合成得到快速的发展，不过当前的辐射探测器的性能依然无法满足特殊环境的要求，因此第三代半导体材料，也就是宽禁带半导体材料得到了行业的高度关注。
气体，闪烁体和常规半导体按照要求在常温或低温环境下使用，无法耐受强辐射与高温，处于高温环境以及强辐射场下,辐射探测器的稳定性直线下降，因此导致探测器的使用范围受到局限，无法用于核反应堆、高能物理实验条件等环境的辐射监测工作。
宽禁带半导体材料制作的探测器不仅用于放射性武器探测和核武器监测，也用于X射线通信、深空辐射探测等领域中，同时也用于大型强制对撞机中且具有良好的表现。
一、半导体辐射探测器的工作原理（一）α粒子探测α粒子作为常见的重带电粒子，重带电粒子与探测器的作用都是通过α粒子的方式完成的。
探测器中，α粒子的能量通过粒子与物质之间的作用发生沉淀，主要方式为：第一，与靶物质原子的壳层电子产生库存作用，出现原子电离且激发而造成能量的损失，最终导致α粒子会阻止在物质内。
第二，与靶原子核碰撞产生库存作用会导致能量损失或与靶物质产生原子核反应，第一种方式中的电离造成的能量损失非常巨大，该方式中的库存作用造成的能量损失可以忽略不计。
第三，出现轫辐射会造成能量损失，但可以忽略不计。
第四，重带电粒子的散射可以忽略不计，散射角比较小，α粒子在靶物质中的径迹几乎等同于一条直线。
半导体探测器的工作原理
半导体探测器的工作原理
半导体探测器是一种利用半导体材料制成的探测器，用于检测辐射或粒子的能量和位置。
它在核物理、医学成像、天体物理等领域有着广泛的应用。
半导体探测器的工作原理主要包括能量沉积、载流子产生和电荷收集三个过程。
首先，当辐射或粒子穿过半导体探测器时，会与半导体原子核或电子发生相互作用，导致能量的沉积。
这些能量沉积会激发半导体材料中的原子或分子，使其电子从价带跃迁到导带，产生电子-空穴对。
其次，产生的电子-空穴对会在半导体中以载流子的形式移动。
在电场的作用下，电子和空穴会向着半导体的正负极移动，并在移动过程中产生电荷。
这些电荷将被收集到探测器的电极上，形成电信号。
最后，通过测量电信号的幅度和时间信息，可以确定辐射或粒子的能量和位置。
这样，半导体探测器就能够实现对辐射或粒子的探测和测量。
除了能量和位置的测量，半导体探测器还具有高分辨率、快速响应和较低的噪声等优点。
这使得它在科研和工业领域得到广泛应用。
例如，在医学成像中，半导体探测器可以用于正电子发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）等影像学技术；在核物理实验中，它可以用于测量粒子的能谱和散射截面；在天体物理研究中，它可以用于探测宇宙射线和暗物质等。
总之，半导体探测器通过能量沉积、载流子产生和电荷收集等过程，实现了对辐射或粒子的高精度探测和测量。
它的工作原理简单清晰，应用广泛丰富，是现代科学技术中不可或缺的重要工具之一。
半导体探测器原理和性能以及碲锌镉探测器原理
半导体探测器原理和性能以及碲锌镉探测器原理2.1 基本半导体探测器原理2.1.1 基本半导体探测器原理如图2.1.1-1所示，半导体探测器有两个电极，并且在两个电极上加有偏压。
当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，粒子与晶体发生相互作用产生电子-空穴对。
在外电压的的驱动下，电子-空穴对分别向两级做漂移运动，从而在收集电极上产生感应电荷。
产生的感应电荷将在外电路上产生脉冲信号[5]。
图2.1.1-1 半导体探测器的工作原理图2.1.2 基本半导体探测器性能半导体探测器的主要优点[5]：（1）具有很高的能量分辨率。
电离辐射在半导体介质中产生一对电子-空穴对平均所需能量大约为在气体中产生一对离子所需要能量的十分之一，即：同样能量的带电粒子在半导体中产生的离子对数要比在空气中产生的大约多一个数量级，因此电荷数的相对统计涨落也就小很多，所以半导体探测器的能量分辨率很高。
（2）具有极高的空间分辨率和快时间响应特性。
由于半导体晶体密度远大于空气的密度，所以粒子在半导体中产生的电离密度大约是在一个大气压的气体中产生的1000倍，因此当测量具有较高能量的电子或γ射线时气体探测器的尺寸要比半导体探测器的尺寸大很多，因而半导体探测器具有高空间分辨率和快时间响应的特性。
（3）测量电离辐射的能量时，线性范围很宽。
半导体探测器的主要缺点：（1）半导体材料在受到强辐照后性能就会变差。
因此半导体探测器对辐射损伤较灵敏。
（2）有些半导体探测器对工作环境的条件要求比较苛刻，需要在低温条件下工作，甚至需要在低温下保存，使用很不方便。
2.2 伽马射线与半导体探测器的相互作用2.2.1 光电效应光电效应[6]是具有一定波长的伽马光子将自身的能量全部转移给靶物质中原子的束缚电子，导致束缚电子发射出去变为自由电子，而伽马光子自身消失的过程，如图2.2.1-1所示。
而发射出去的电子称为光电子。
伽马光子被吸收的能量并不是全部转化为了光电子的动能，其中有一部分能量转化为了电子脱离原子束缚所需要的电离能。
第八章 半导体探测器
甄别 放大器
多道 分析器
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§3. 金硅面垒半导体探测器
2、能量分辨率
主要用于测量重带电粒子的能谱，如,p等，一般要求耗尽 层厚度大于入射粒子的射程。
影响能量分辨率的因素为：
(1) 能量损失和产生载流子数目的统计涨落
E E
2.36v N
2.36
Fw E
式中：F为法诺因子，对Si，F=0.143；对Ge，F=0.129。w为产生一个
性能稳定。高温使载流子寿命减小。
（2）、面垒型探测器
在N型Si上蒸薄Au，透过Au层的氧化作用，形成P型氧化 层。叫做金硅面垒探测器，Si(Au)。
入射窗薄，噪声小。耐高温特性不好。 18
§3. 金硅面垒半导体探测器
1、概述－金硅面垒谱仪装置
制冷 电源
偏压 电源
真空泵
探头
前极 放大器
温度 测量
线性 放大器
电离室能够成为一个探测器应满足三个条件 ：
1. 没有射线穿过灵敏体积时，不产生信号或信号可忽略； 2. 带电粒子穿过灵敏体积时，在其中产生离子对；
3. 在电场作用下，离子在飘向两极的过程中没有明显的损失，在输出回 路中形成的信号能代表原初产生的离子对数。
4
是否只要用一块半导体材料代替气体就行了呢？
§1.基本原理—概述
§1.基本原理—概述
加入施主杂质
加入受主杂质
N 型半导体
P 型半导体 9
§1.基本原理—概述
2、半导体作为探测介质的物理性能 1) 平均电离能 （w）
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。
300ºK 77ºK
Si 3.62eV 3.76eV
Ge 2.96eV
半导体光电探测器PPT课件
计量起伏噪声（以起伏噪声电压 n ( t为) 例，噪声电流 i n ( t )类似）
n (t) 0噪声电压平均值的瞬间振幅和相位随时间呈无规则变化
___
2 n
均方值完全确定，表示单位电阻上所消耗的噪声平均功率
___
2 n
—计量噪声电压大小
___
2 n
—起伏噪声电压有效值
____记__为_____V_n2
光电导探测器
光电导探测器（弱辐射下）
设模型为N型材料（P型同此分析）
若光功率P沿x方向均匀入射，光电导材料的吸收系数为
则入射光功率在材料内部沿x方向的变化为
P(x)Pexp(x) （P为x=0处入射功率）
x处光生载流子的浓度设为n(x)
外加电场下，光电子的漂移电流密度光为生载流子的稳产态生率件和下复合率相等
发射的光电子数也总是围绕一个统计平均值做无规则伏。
内光电探测器中，光生载流子的产生和复合的随机性，
通过PN结的载流数总有微小的不规则起伏。
定义：
散粒噪声的均方值
Vn22eG2I0R2f
I 0 —通过探测器的平均电流
In2 2eG2I0f
Ｇ—探测器的电流内增益
#
.
22
光电探测器的噪声
低频噪声
来源：目前尚不清楚。
n和p
分别是电子和空穴浓度的增量，即光生载流子
浓度
截止波长
c
1.24 Eg (eV)
(m)
入射光子的能量须不低于本征半导 体的禁带宽度，既存在“红限”
.
# 28
光电导探测器
光电导效应
杂质半导体
光电导率增量
n enn
p enp
（N型） 电子 浓度增量 （P型） 空穴浓度增量
02核辐射探测器(半导体探测器)
半导体探测器半导体探测器是一种以半导体材料作为探测介质的新型核辐射探测器，它有很好的能量分辨能力。
随着半导体材料和低噪声电子学的发展以及各种应用的要求,先后研制出了P-N结型探测器、锂漂移型探测器、高纯锗探测器、化合物半导体探测器以及其它类型半导体探测器。
第一节半导体的基本知识和半导体探测器的工作原理根据物质导电能力,物质可分为导体、绝缘体和半导体。
物质的导电能力可用电阻率ρ来表示,单位为Ω·cm。
导体的电阻率在10-5Ω·cm以下,绝缘体的电阻率在1014Ω·cm以上,半导体的电阻率介于它们之间,一般在(10-2~10-9 )Ω·cm范围内。
半导体通常以晶体形式存在,晶体可分为单晶体与多晶体。
在单晶体中,所有原子都连续地按同一规律整齐地排列,这称为晶格。
多晶体是由许多小晶体颗粒杂乱地堆积起来的,因此多晶材料是不均匀的。
半导体探测器多是由单晶材料制造的。
一、半导体材料的电特性在单晶中，原子紧挨形成晶格排列, 相互之间有电磁力作用。
因此晶体中电子的能量就和孤立原子不同。
孤立原子中的电子只能存在于一定能级上，能级之间是禁区，电子不能存在。
对于单晶体，原子间存在着电磁力，相应孤立原子的能级就分裂成很多十分靠近的新能级，由于单位体积内原子数目非常多，这些分裂彼此之间非常靠近，可以看作连续的，这种连续的能级形成一个能带。
导体、绝缘体和半导体的能带如图3.1所示图 3.1半导体、导体和绝缘体的能带图图 3.1 所示的满带是由各孤立原子的基态分裂出来的能级,导带是由孤立原子各激发态分裂出来的能级。
满带和导带之间的禁区称为禁带,禁带宽度称为能隙,用Eg 表示,单位为eV 。
半导体与绝缘体、导体之间的差别在于禁带宽度不一样。
由于导体不存在禁带, 满带和导带交织在一起,导电性能好； 绝缘体的禁带最宽,约(2~10)eV,导电性能最差；半导体的禁带较窄。
约（0.1~2.2）eV,导电性能比绝缘体好,而次于导体。
5半导体探测器 (1)
2. 光生伏特效应
半导体材料吸收光能后,在PN结上产生电动势的效应。
半导体光吸收的五种机理
本征吸收：电子吸收能量大于Eg的光子由价带 跃迁至导带，产生电子-空穴对.(带间跃迁光 吸收) 激子吸收：处于亚稳状态的电子 - 空穴组成的 激子，吸收入射光子能量而产生电子-空穴对. 晶格振动吸收.
不同材料吸收系数()与波长的关系
截止波长c由其带隙能量 Eg决定： c = hc / Eg (1) 入射 > 截止 hv入射不足以激励出电子
(2) 入射 < 截止 材料对光子开始吸收
(3) 入射 < < 截止 材料吸收强烈 (很大) 光的透射力变得很弱
例
有一个GaAs光电二极管，在300 k时其带隙能量为 1.43 eV，其截止波长为：
半导体探测器
Semiconductor Detectors
1
光探测器的机理分类 外光电效应 普通光电发射 金属光电效应—光电倍增管 光电导：本征，非本征
光子效应
内光电效应
光伏效应：PN结，PIN结，雪崩， 异质结
肖特基势垒 量子阱，体光伏效应 光电晶体管
热效应
波相互作 用效应
热辐射效应，热电效应，温差电效应，液晶
w
)
实际检测器的量子效率一般在30%-95%之间。增加量子效 率的办法是增加耗尽区的厚度，使大部分的入射光子可以被 吸收。但是耗尽区越宽，pin的响应速度会变慢。因此二者 构成一对折衷。
• 改变入射面上的反射率（抗反射膜） • 改变吸收系数 • 改变吸收区的厚度
为什么光电二极管选择强反偏的工作模式？
16
p-i-n光电二极管
反偏PIN光电二极管的结构、能级图、电荷和电场分布
半导体探测器的发展简介
半导体探测器的发展1.1半导体探测器的发展半导体探测器的前身可以认为是晶体计数器。
早在19世纪20年代末就有人发现某些电介质（固体）在核辐射的作用下会产生电导现象。
随着科技的不断发展，相继出现了金刚石、CsI等晶体计数器。
但是，由于无法克服晶体的极化效应问题，迄今为止只有金刚石探测器可以达到实用水平。
半导体探测器起步比较晚，1949年才有人用α粒子照射锗半导体点接触型二极管时发现有电脉冲输出。
到1958年才出现第一个金硅面垒型探测器[1]。
直到60年代初，锂漂移型探测器的研制成功是半导体探测器应用的里程碑，从此半导体探测器得到了迅速的发展和广泛的应用。
通常使用的半导体探测器主要有以下几种分类见表1.1表1.1 半导体探测器种类1.2碲锌镉半导体探测器1.2.1 历史研究碲锌镉材料的研究最早开始于上世纪90年代，由于其具有高分辨率的潜质以及可以在室温环境下工作的显著特性，曾经引起了业界的轰动。
自那之后，碲锌镉基质探测器几乎没有什么突出的进展。
但是2000年一项生长工艺的新进展，使得更大型碲锌镉晶体的生产成为可能。
然而，由于晶体内的杂质过多且无法除去，导致其分辨率仍然不理想。
近年来，美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的科研人员经过几年的不懈努力终于在碲锌镉晶体探测技术方面取得了突破性的进展，该项技术将有可能大大改进远距离探测核辐射物质。
该实验室的科研人员使用美国国家同步加速光源对碲锌镉材料进行不断地测试，结果发现以往常常被忽略的碲锌镉晶体内的“死区”造成了晶体结构内出现大量Cd沉积，这是导致γ射线分辨率大大降低的主要原因。
美国布鲁克海文国家实验室的科研人员通过不断尝试发现如果想要提高碲锌镉探测器的分辨率，目前可以采用的方法是通过特殊和先进的加工技术发现和去除“死区”，这样才能制作出更大型、更精确、应用领域更广泛的碲锌镉半导体核辐射探测器。
1.2.2 发展方向目前碲锌镉探测器有多块大体积并行探测器和面元阵列探测器两个重要发展方向。
sdd探测器原理
sdd探测器原理
SDD探测器是一种半导体探测器，其原理基于内部增益机制。
SDD 探测器的主要部分是由高度纯化的硅芯片制成的PN结构。
当光子进入探测器时，它们会与硅原子相互作用，导致电子被激发并离开其原子轨道。
这些离开原子轨道的电子被称为电子-空穴对。
电子会被加速到PN结的反向偏置区域，而空穴则会被加速到正向偏置区域。
在PN结的反向偏置区域，电子会被吸引到一个特殊的结构中，它被称为“衬底场效应晶体管”。
这个结构可以增加电子的运动，从而使它们在硅晶体中发生更多的碰撞，产生更多的电子-空穴对。
这种内部增益机制使SDD探测器具有高的信号噪声比和能量分辨率。
SDD探测器还可以通过控制偏置电压和增益系数来优化其性能。
较高的偏置电压可以提高增益，从而提高灵敏度和分辨率。
增益系数可以通过控制探测器的结构和材料来调整。
总的来说，SDD探测器是一种高效、高精度的探测器，可用于各种应用，如X射线光谱学、质谱学和核物理学。
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