第八章 半导体探测器.ppt

例题： 用金硅面垒探测器（设硅材料的电阻率为2000Ω·cm）测210Po的α粒子的能谱（Eα＝5.3MeV），如果开始时外加偏压为零，这时有脉冲信号吗？然后逐渐增高偏压，这时观察到α粒子的脉冲幅度有何变化？当偏压足够高以后，再增加偏压时α脉冲幅度还变化吗？为什么？能量分辨率有无变化？ 探测器性能小结 一：探测器的基本性能 探测器性能小结 二：探测器的效率 探测器性能小结 三：探测器的能量分辨率 思考题 1、元素、核素、同位素等的定义有何差别？ 2、放射性衰变服从指数规律，说明衰变常数?的物理意义。还有哪些参数来 描述衰变的快慢，它们的关系是什么？ 3、α衰变与β衰变的衰变能的定义是什么？ 4、在核激发态的能级跃迁中存在哪两个竞争过程？ 5、从辐射损失的理论表达式得到什么重要结论？ 6、对一个放射源进行测量，已知放射源减本底的计数率（净计数率）nc约 80/min,本底计数率nb约为20/min，实测时只容许总测量时间T为1h，问欲得到 最佳结果，源和本底测量时间各应是多少？源的计数率及其误差是多少？ 7、为什么正比计器的中央丝极必须是正极？（为什么G-M管中央丝极必须是正极？） 8、在电离室内在某一点的一个离子对在向正、负电极漂移过程中，为什么在外 回路中流过的感应电荷是一个单位电荷，而不是两倍？ 9、闪烁体的发光效率与光能产额的定义及其关系是什么？ 10、闪烁谱仪的组成是什么？试说明闪烁谱仪输出信号的形成过程。 11、半导体探测器的工作机制是什么？ 12、为什么半导体探测器的能量分辨率好？ 射线强度 射线能量 射线之间的时间关系 射线经过的空间位置 探测器的效率 探测器的能量分辨率 探测器的时间分辨率 探测器的位置分辨率 1.影响效率的几个因素 几何条件 物质减弱因子 作用概率 记录效率 2.几种效率定义 源探测效率 本征效率 峰探测效率 一般用能量谱的半高度处的全宽度FWHM与峰值处能量比作为能量分辨率： 影响能量分辨率的因素： 1.在谱仪的灵敏体积中产生的载流子数目的统计涨落 2.探测器和电子学系统的噪声 3.电子学系统的不稳定性 （1）半导体探测器得到的gamma谱与闪烁谱仪相比，发生了质的变化。 * 第八章 半导体探测器 1. 基本原理 2. PN结性质 3. 金硅面垒半导体探测器 4. 高纯锗探测器 半导体探测器的优点： 1. 半导体探测器的能量分辨率高。 当测高能电子或?射线时，半导体探测器的尺寸要比气体探测器小的 多，因而可以支撑高空间分辨和快时间响应的探测器。 3. 测量电离辐射的能量时，线性范围宽。 §1.基本原理—概述 半导体探测器的缺点： 1. 对辐射损伤较灵敏，受强辐照后性能变差。 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。 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。 §1.基本原理—概述 产生每个信息载流子的平均能量分别为： 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。 气体探测器： 电子离子对，w～30eV ； 闪烁探测器： D1收集的电子，w～300eV ； 半导体探测器： 电子空穴对， w～3eV。 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。 半导体探测器的探测原理与电离室类似，只是探测介质是半导体 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。 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 常用半导体材料：Si、Ge 目前纯度最高的硅的电阻率大约为105Ωcm，如果将厚度为1mm的这种硅片切成面积为1cm2，当加上100V的电压时，则有0.01A的电流流过，显然，这么大的漏电流将会把待测信号全部湮没。一个好的探测器的漏电流应该在－10-9A。 一个半导体的PN结能满足前面提到的三个条件，因而可以构成核辐射探测器。 用一块半导体材料直接代替气体作为探测器是无法工作的！原因是不满足上面提到的要求。 §1.基本原理—概述