半導體探測器

2009/11/11 21:47:00

半導體探測器（semiconductor detector）是以半導體材料為探測介質的輻射探測器。最通用的半導體材料是鍺和硅空間載體，其基本原理與氣體電離室相類似高質量。半導體探測器發(fā)現(xiàn)較晚，1949年麥凱（K.G.McKay）首次用α 射線照射PN結二極管觀察到輸出信號重要組成部分。5O年代初由于晶體管問世后流程，晶體管電子學的發(fā)展促進了半導體技術的發(fā)展。

半導體探測器有兩個電極勃勃生機，加有一定的偏壓助力各業。當入射粒子進入半導體探測器的靈敏區(qū)時，即產(chǎn)生電子-空穴對提供有力支撐。在兩極加上電壓后應用，電荷載流子就向兩極作漂移運動﹐收集電極上會感應出電荷，從而在外電路形成信號脈沖品率。但在半導體探測器中相貫通，入射粒子產(chǎn)生一個電子－空穴對所需消耗的平均能量為氣體電離室產(chǎn)生一個離子對所需消耗的十分之一左右，因此半導體探測器比閃爍計數(shù)器和氣體電離探測器的能量分辨率好得多積極影響。半導體探測器的靈敏區(qū)應是接近理想的半導體材料自動化方案，而實際上一般的半導體材料都有較高的雜質濃度緊密協作，必須對雜質進行補償或提高半導體單晶的純度。通常使用的半導體探測器主要有結型互動講、面壘型穩定性、鋰漂移型和高純鍺等幾種類型（下圖由左至右）。金硅面壘型探測器1958年首次出現(xiàn)過程中，鋰漂移型探測器60年代初研制成功非常完善，同軸型高純鍺(HPGe)探測器和高阻硅探測器等主要用于能量測量和時間的探測器陸續(xù)投入使用，半導體探測器得到迅速的發(fā)展和廣泛應用全面革新。

半導體探測器輸出脈沖幅度與能量成正比﹐可用來測量能量﹐能量分辨率高于正比計數(shù)器﹑閃爍計數(shù)器﹔脈沖上升時間較短﹐可用于快速測量﹔窗可以做得很薄﹐可測量低能X射線﹔結構簡單作用，體積小，重量輕行業分類，不用很高電壓技術特點，適合空間環(huán)境的嚴格要求。其缺點是不能做大做厚發展邏輯，難以測量高能輻射和低強度輻射凝聚力量；輸出信號小，電子線路復雜化聽得進。在空間研究中最常用的是金硅面壘探測器新的力量。硅探測器一般在室溫下工作，如果用在液氮溫度下便利性，可以大大提高能量分辨率全面展示。1969年﹐美國芝加哥大學的麥格雷戈等人首次采用液氮冷卻的鋰漂移硅探測器，并與低噪聲光反饋的電荷靈敏前置放大器配合深刻認識，在太陽耀斑爆發(fā)期間測量4～40千電子伏能段內(nèi)的太陽X射線輻射核心技術。

隨著科學技術不斷發(fā)展需要，科學家們在鍺鋰Ge(Li)主動性、硅鋰Si(Li)創造性、高純鍺HPGe、金屬面壘型等探測器的基礎上研制出許多新型的半導體探測器道路，如硅微條保障性、Pixel、CCD責任製、硅漂移室等，并廣泛應用在高能物理倍增效應、天體物理規則製定、工業(yè)、安全檢測優化服務策略、核醫(yī)學關規定、X光成像發展基礎、軍事等各個領域。世界各大高能物理實驗室?guī)缀醵疾捎冒雽�體探測器作為頂點探測器迎難而上。美國費米實驗室的CDF和D0（右上圖）積極，SLAC的B介子工廠的BaBar實驗，西歐高能物理中心（CERN）LEP上的L3堅持先行，ALEPH（左上圖）產業，DELPHI，OPAL情況較常見，正在建造的質子-質子對撞機LHC上的ATLAS可持續，CMS及日本的KEK，德國的HARA體製、HARB及Zeus等構建。ATLAS和CMS還采用了硅微條探測器代替漂移室作為徑跡測量的徑跡室。近些年高能物理領域所有新的物理成果服務延伸，無不與這些高精度的具有優(yōu)良性能的先進探測器密切相關共創輝煌。

丁肈中領導的AMS實驗，目標是在宇宙線中尋找反物質和暗物質進一步。它的探測器核心部分的徑跡室采用了多層硅微條探測器（右圖）大部分。由美國、法國應用的因素之一、意大利解決、日本、瑞典等參加的GLAST實驗組的大面積γ射線太空望遠鏡的核心部分也使用了多層硅微條探測器（左圖）敢於監督，總面積大于80平方米幅度，主要用來作為γ→ e-+e+ 的對轉換過程的徑跡測量望遠鏡。硅微條探測器的位置分辨率可好于σ=1.4μm重要的作用，這是任何氣體探測器和閃爍探測器很難作到的貢獻。