文档介绍：第三章核辐射探测原理及探测方法
(二)
王德忠教授
核科学与工程学院
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半导体探测器
一、工作原理
PN结区在没有核辐射入射时由于载流子很少,其绝缘电
阻很大,漏电流就很小。
带电粒子进入半导体探测器灵敏区后与半导体相互作用,
使半导体的原子电离而产生电子和空穴对(初电离)。
灵敏区的电子和空穴在电场作用下分别向两电极漂移,
从而在半导体探测器输出电路上形成电压脉冲。为使半
导体探测器输出稳定,输出端接电荷灵敏前置放大器。
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半导体探测器示意图
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半导体探测器类型
PN结型半导体探测器;
锂漂移型半导体探测器;
高纯锗半导体探测器。
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半导体探测器的工作原理与电离室比较
半导体探测器的工作原理类似于电离室,但它比电离室有
一些明显的优点:
半导体的密度比气体密度大许多(三个数量级),半导体
探测器和电离室输出同样大小脉冲时,半导体探测器体积
可小许多。
半导体的平均电离能(约3eV)比气体的平均电离能(约
30eV)小一个数量级,带电粒子在半导体探测器内损失同
样的能量产生的电子-空穴对要多得多,电子-空穴对的统计
涨落小得多,半导体探测器的能量分辨率要好得多。
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半导体探测器
主要优点:
一、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对所需能量的十分之一,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气体中产生的约多一个量级,因而电荷数的相对
统计涨落也就小得多,所以半导体探测器的能量分辨率很高;
二、带电粒子在半导体中形成的电离密度要比在一个大气压的气体中形成的
高,大约为三个量级,所以当测高能电子或γ射线时半导体探测器的尺寸要比
气体探测器小得多,因而可以制成高空间分辨和快时间响应的探测器;
三、测量电离辐射的能量时,线性范围宽。
主要缺点:
一、对辐射损伤较灵敏,受强辐照后性能变差;
二、常用的锗探测器,需要在低温(液氮)条件下工作,甚至要求在低温下
保存,使用不便。
半导体探测器广泛地应用于各个领域的射线能谱测量。近年来又受到高能物
理工作者的重视,在高位置分辨的粒子径迹探测器方面有了突破性的发展。
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PN结型半导体探测器
将掺均匀杂质浓度的P型半导体和N型半导体
直接接触(距离小于10-7cm的热力学接触)
而组成的探测元件叫做PN结型半导体探测器。
根据PN结制造:面垒型和
离子注入型PN结半导体探
测器。
金硅面垒探测器示意图
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金硅面垒半导体探测器
主要用于测量短射程的带电粒子的能谱。它的时间响应速
度与闪烁探测器差不多,所以可用来作定时探测器。它的本
底很低,适于作低本底测量。
优点:
1、能量分辨率高;
2、设备简单;
3、使用方便。
缺点:
灵敏体积不能做得很大,因而限制了大面积放射源的使用。
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锂漂移硅探测器
主要是用于低能γ射线和 X 射线的测量。在以上三
种半导体探测器中,它的灵敏区最厚。近年来虽然
Ge(Li) 探测器已被 HPGe 探测器所取代,然而
Si(Li) 仍然起着重要作用。
2009/9/24 (1)平面型(2)同轴型 9
锂漂移型半导体探测器基本结构示意图
高纯锗( HPGe )探测器
灵敏区比金硅面垒探测器厚,可用它探测β或γ射线的能谱。主要用于测
量中、高能的带电粒子(能量低于 220 MeV 的α粒子,低于 60MeV 的
质子和能量低于 10MeV 的电子)和能量在 300keV 至 600keV 的 X 射
线和低能γ射线。
主要性能:
1、能量分辨率; HPGe 探测器主要用于测量γ射线的能谱,其能量分
辨率较高;
2、探测效率; a. 绝对全能峰探测效率ε b. 相对效率;
3、峰康比与峰形状;
4、电荷收集和时间特性;
5、中子辐照损伤。
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