下载文档原格式
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。
径迹测量的半导体探测器初期的硅微条探测器无论在设计和技术工艺水平方面都比较低;位置分辨率也不高;随着高能物理实验的发展要求;探测器技术及半导体各种技术工业和光刻技术的发展;硅微条及一些相关的半导体探测器都得到了快速得发展和应用..如双边读出的硅微条探测器;像素探测器;硅漂移室;CCD;硅片探测器等;都有了新的发展;在不同的实验中;都有一些应用..另外还由于高度集成化低噪音的前端电子学的研制成功;也推动了这些探测器的发展提高..硅微条探测器是目前使用最广泛的半导体探测器;具有非常好的位置分辨率;但对辐射损伤比较灵敏..电荷耦合器的读出时间很长;但还是被广泛应用于需要高的空间分辨和中等的时间分辨的场合..日本的高能物理实验室KEK计划把它用作未来实验的顶点探测器;位置分辨率设计为2μm.像素探测器具有非常好的位置分辨率;但需要大量的基础电子元器件来组成;它的先进性在于它只用单边的技术工艺也提供了两维的高位置分辨率..这种探测器已经被应用到LHC高能物理实验中..硅漂移室的允许计数率比一般的半导体探测器高几十倍;时间分辨率好;噪声小;且节省电子学经费..1 硅微条探测器随着半导体技术的迅速发展;半导体粒子探测器也有了很大的发展;其中;硅微条探测器SMDSilicon Microstrip Detector的发展和应用是非常突出的一个;近十几年来;世界各大高能物理实验室几乎都采用它最为定点探测器;如即将运行的大型强子对装机LHC 上的大型实验ATLAS 和CMS 都选用SMD 作为探测粒子径迹的径迹探测器..在核医学领域的CT 和其他数字化图像方面的应用研究;也有了很多新的进展..一、 硅微条探测器的特点硅微条探测器最突出的特点是具有非常好的位置分辨率;他的位置分辨率是目前各种探测器中最高的;可以做到1.4μm..由于带电粒子在硅中产生一对电子空穴所需要的能量为3eV;比在气体和闪烁晶体中都要小;所以具有很高的能量分辨率..因带电粒子在硅中损失能量较大;约为390eV/μm;在较宽的能量范围内输出幅度与入射粒子种类无关;有很宽的线性范围..采用微电子工艺的半导体探测器很薄;典型的厚度为300μm;产生的电荷在很小的区域里被收集;响应时间非常快;一般可达到5ns 左右..因此;可以实现高计数率;可超过28/10cm ·s..由于硅半导体密度大;有一定的刚度;他可以做的很薄并能自身支持..有的还可做得更薄;整个探测器可以做得很小..硅微条探测器对辐射损伤比较灵敏;如果收到强辐射其性能将变差..高剂量辐照对硅的表面和整体将造成损伤;整体的损伤影响更大..高能强子和核作用;只需15eV 就可使硅原子偏离晶格位置;造成格点的空位和错位..晶格对成型的破坏会再禁带内形成一些不希望的能级..这些能级的出现使漏电流增加..观察到体电流密度随粒子流线型增加..αφ=∆I V;式中V 是体积cm 3;φ是粒子流粒子/cm 2;对最小电离的质子和π介子有cm A /1017-⨯2=α..探测器的寿命最终由辐照后材料中施主浓度的变化决定..辐照后的基片不管原来是什么类型的;最终逐渐变为P 型..随粒子流强的增加;探测器电荷收集变慢且效率下降..但若探测器工作在低温下低于零摄氏度;加上制造工艺的改进;偏置电压可以较高;这样可以运行在粒子流超过214/10cm 的条件下..二、 硅微条探测器的结构和工作原理硅微条探测器是在一个N 型硅片的表面;通过氧化和离子注入法、局部扩散法、表面位垒法及光刻等工艺技术制作而成的..从探测器横截面上看;主要分这样几个部分见图1：在探测器表面是均匀平行的薄铝条;2SiO 隔离条;铝条下边是重掺杂的+P 微条..N 型硅片的整个地面掺入杂质后;制成N 型重掺杂+N 层;其外层也附有一层铝;作为欧姆接触..这样就制成了表面均匀条形的PN 结型单边读出的探测器..中间部分的耗尽层是探测器的灵敏区;当在这些条型PN 结加上负偏压时;耗尽层在外加电场的作用下随着电压升高而变厚..当电压足够高时;耗尽层几乎扩展到整个N 型硅片;基本达到了全耗尽;死层变得非常薄..因为其内部可移动的载流子密度很低;电阻率很高;漏电流非常小好的硅微条探测器的漏电流应小于100pA..又因为多晶硅的动态电阻与漏电流成反比;6cm 长的微条的动态电阻大约是910Ω;所以外加电压击鼓全部加到耗尽区上;形成很高的电场..在无辐射电离时;基本没有信号产生..当有带电粒子穿过探测器的灵敏区时;将产生电子-空穴对..在高电场的作用下;电子向正极底板飘逸;空穴向靠近径迹的加负偏压的微条飘逸..因为电子和空穴的迁移率很高;在这很小的区域内探测器厚度为300μm 左右收集电荷只需很短的时间～5ns..在探测器的微条上很快就读出了这个空穴实为电子运动产生的电荷信号..硅微条探测器的位置分辨由条间距决定;典型值为20μm ～150μm..对条间距为50μm的探测器;其位置分辨达到14.4μm..图1 单边读出硅微条探测器结构读出电子学得到这个电荷信号;经过前置放大器将信号放大;再经过模拟通道、比较器、模数转换ADC后读入计算机..根据探测器系统测得的带电粒子的信息;及带电粒子在各个微条上的位置参量;可以确定各有关带电粒子的运动轨迹及对撞后末态粒子的次级定点等..根据谱仪内的磁场强度和粒子运动的轨迹可以计算出每个带电粒子的动量..在设计、制作和使用硅微条探测器时需要考虑的一个重要原则问题是带电粒子在半导体探测器中的散射与探测器的厚度问题..因为半导体的密度比较大;带电粒子穿过探测器时;在探测器内部要经过多次散射..如果带电粒子的能量不高;探测器比较厚;粒子在探测器内经过很多次散射后;角度偏转比较大;这将不利于粒子的径迹和顶点精确测量..如果探测器太薄了;虽然散射次数减少;偏转角度小了;但探测效率降低了..因此;一定要根据被探测粒子的能量及实验对散射偏转角度的要求;恰当地选择探测器厚度..图2给出的是双边读出的硅微条探测器结构;这是利用了一些新技术工艺双金属层;p-stop技术等研制成的..这种双边读出的硅微条探测器也是基于PN结的工作原理;在一片N型硅片的两面;通过先进的技术工艺;分别制成重掺杂P+型和N型微条..这两层读出条相交成一定的角度900或任意角度;个别有互相平行的..这种探测器具有二维位置的测试能力..他的p 边p-side的结构设计特征像单边读出的微调探测器;P+与N形成了P+N结;而欧姆边n-side为防止条与条之间的短路;需要复杂的设计及技术工艺;其中包括条之间的电子学绝缘问题..根据不同的需要;可以选择不同的绝缘方法;如场平面field-plate方法、p-stop方法及p-spray方法等..方便读出的硅微条探测器的工作原理也是因为加负偏压;实现基本全耗尽;动态电阻很大;漏电流很小;同时减小了电容;压低了噪声..带电粒子通过时;产生电子空穴对;在p-side和n-side两边读出条上都读出了电信号;得到二维的信息..图2 双边读出硅微条探测器结构2 电荷耦合器CCD是英文Charge Coupled Device的缩写;是一种很常见的超大规模集成电路器件;达到商用水平的CCD已经使用几十年了;过去多用在光测量和摄像机上;即使在高能物理中的应用;也是作为火花室和流光室的径迹图像记录D作为粒子探测器;探测的不再是光;而是带电粒子;所以它的结构也有些变化..CCD的结构是在一块硅片上集成很多的MOS金属-氧化物-半导体期间;绝缘层;上面再沉积一层金属Pb;每个MOS器件类如在Si上生成一层SiO2似一个小半导体探测器..现代的CCD有线型的;还有面型的；从原理结构上分有PN结CCD;也有CMOS型CCD..图3是一个MOS CCD的结构图;像素尺寸可以达到10μm..图4是在高电阻、全耗尽型硅基底上制作的CCD;并用PN结来代替MOS结构的PN结CCD结构图..可以产生一个厚德敏感区域;从而使直接测量成为可能..无论哪种方法;由于硅的吸收系数很小;所以只有低能射线才会被探测到..图5是双向CCD的结构图..图3 MOS CCD的结构图当带点粒子射入探测器时;产生电子空穴对;电荷传输在CCD很薄的耗尽区内进行;其传输是被氧化物顶部的门电极的三重周期电压变化控制的这是对于线型CCD而言;如图6所示..电荷从一个小室向另一个小室的漂移;移向边缘那一列信号输出电极..因为信号输出电极及读出电子学路数都比较少;因此这种探测器的信号读出比较慢..图4 PN结CCD结构图图5 双向CCD的结构图6 CCD的电荷传输尽管他们的读出时间都很长;但是CCD还是被广泛应用于需要高的空间分辨和中等的时间分辨的场合..利用标准CMOS超大规模集成电路方法在低电阻率的硅片上制作单片集成像素传感器;与CMOS成像装置现比;这类装置包括一个由耗尽层所构成的敏感层和一个改进的光敏二极管结构来提高收集效率..例如;MIMOSA就是一个采用CMOS工艺制作的含有64×64像素的芯片..又如;XMM牛顿卫星上的CCD单元的尺寸是3×1cm2;由200×64个150×150μm2的像素组成;读出时间为5ms..近些年科学家们已直接把CCD用作高能物理探测器;如SLD VXD3探测器;采用96个CCD共3.07×108个像素像素大小20μm×20μm;每个CCD读出通过4个输出结;8位FADC;全部读出时间是200ms..日本KDK计划用CCD作为未来实验的定点探测器;位置分辨率设计达到2μm..3 硅像素探测器像素Pixel探测器是由许多精心设计好的非常小的PN结组成的;它能够非常快地提供二维的信息..每一个小室cell都连接它自己的读出电子学部分..这样制成的像素探测器对于高多重性、高事例率的实验是非常有用的..它不像双层硅微条探测器那样;在多个粒子同时打到探测器的一个读出条上时出现位置分辨模糊问题..像素探测器具有非常好的位置分辨率;在每单位面积上需要大量的电子学路数..像素探测器分为单一性像素探测器和混合型像素探测器..若探测器的每个像素和电子学集成在相同的基片上就叫做单一性像素探测器;如图7所示..图7 单一型像素探测器图.8 混合型像素探测器示意图把像素探测器部分及前端电子部分分别建立在不同的基片上;然后一一对应地连接起来;称作混合型像素探测器;如图8所示..两部分的工艺是独立的;可以各自采用不同材料和处理方法..每个像素和它对应的读出电子学的连接有两种方法：一种是用倒装片技术;另一种是使用双层金属;即每个像素和对应的电子学通过在探测器边缘的焊片连接..像素探测器的像素有的采用简单的PN结型二极管和光电二极管;有的采用PIN光敏二极管和耗尽型场效应晶体管;还有的采用小型硅漂移室单元和CMOS器件单元等;他们各自有不同的优缺点;各有不同的用途..4 硅漂移探测器硅漂移室是在N型的硅片的两个表面;注入杂质硼形成重掺杂P+条;中间是一层未耗尽区;由此形成两个耗尽层夹着一个中间为耗尽的区域..在边缘形成一个N+微条与中间未耗尽区相连..当外加一定的负偏压即负电压加到P+上;正电压加到N+条上后;整个硅片实现全耗尽..硅片内部的电位分布;在z方向成为抛物线形;中心的电位最低而靠近两个表面的部位最高..当带电粒子穿过探测器时产生电子空穴对;电子就会落入低电位的谷中;然后沿着电场的水平方向;想电位最低的正极微条N+漂移;形成电信号..信号经过前端电子学电路放大;数字化读入计算机中..通过测量电子的漂移时间从某一个被击中的P+微条漂移到正极N+微条的时间;及被分隔开的N+读出微条上的坐标;就得到了入射粒子的位置信息..它很像气体漂移室;但它的优点是可以大大节省电子学经费..另外电子在耗尽区漂移很长距离才能到达面积很小的正电极;电极之间的电容很小;因此噪声减小;有利于提高能量分辨率..普通的半导体探测器的计数率一般在几十KHZ一下;硅漂移室由于其电容小;相应的脉冲形时间也很短大约为100ns;硅漂移室的漂移时间虽然比较长;但它的计数率并不受此影响;硅漂移室的允许计数率比一般的半导体探测器高几十倍..它的时间分辨可小于1ns;并且它有二维的位置分辨;其中沿漂移方向的位置分辨率可达到几个微米..它也常用作为能量测量..硅漂移室的结构可分为以下几种类型：①一维读出型；②阳极被分割的两维读出型；③圆型；④多单元阵列性；⑤可控型..图9即为一维读出的硅漂移室结构原理图..图9 一维读出的硅漂移室结构原理图小结顶点探测器和径迹室主要用来测量高能带电粒子的径迹..物理学家们根据这些带电粒子在磁场中的运动轨迹计算出它们的动量..根据粒子的质量、动量、能量及其他性能来辨别粒子..顶点探测器和径迹室的定位精度是非常重要的;这些探测器的空间分辨率越高;粒子的径迹分辨越清楚;最终得到的顶点位置和粒子动量越准确..硅微条探测器及一些相关的半导体探测器的位置分辨率比气体探测器的位置分辨率高一到两个数量级;具有体积小、空间分辨率高、CMOS读出电力学功耗小等优点;给高能物理实验带来了许多方便;所以在近十几年来;世界各大高能物理实验室几乎都采用它作为顶点探测器..如美国的FERMILAB的CDF和D0;SLAC实验室的B介子工厂的BaBarOPAL;LHC上的ATLAS;CMS及日本的KEK;德国的HERA;HERB及Zeus和H1实验等等..。
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。
半导体光电探测器摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的工作原理及其特性，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。
关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器引言光电探测器是一种受光器件,具有光电变换功能。
光敏器件的种类繁多,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结型及异质结型的等。
由于光电探测器的响应速度快,体积小,暗电流小,使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。
半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。
光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。
它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。
半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。
光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、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。
本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍其工作原理及其特性，最后将这两类探测器进行比较。
一、光电子系统的组成现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图l来说明:待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去.发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同.发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端.由接收光学系统或接收天线将光聚焦到光电探测器上，光电过长距离传输后会衰减，使接收到的信号一般很弱，因此需要用前置放大器将其放大，然后进行解码，还原成发送端原始的待传送信号，最后由终端显示器显示出来.图1-1光电子系统图二、半导体探测器的原理1、光电导探测器光电导探测器主要是通过电阴值的变化来检测，以下我将以光敏电阻为例介绍其工作原理。
