半导体探测器（辐射探测器）

简介

以半导体材料为探测介质的辐射探测器。最通用的半导体材料是锗和硅，其基本原理与气体电离室相类似，故又称固体电离室。

半导体探测器的前身可以认为是晶体计数器。早在1926年就有人发现某些固体电介质在核辐射下产生电导现象。后来，相继出现了氯化银、金刚石等晶体计数器。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。半导体探测器发现较晚，1949年开始有人用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。直至60年代初，锂漂移型探测器研制成功后，半导体探测器才得到迅速的发展和广泛应用。

半导体探测器也有两个电极，并加有一定的偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，即产生电子-空穴对。然后，电子与空穴在电场作用下分别向两极运动，并被电极收集而给出电脉冲。但在半导体探测器中，入射粒子产生一个电子－空穴对所需消耗的平均能量为气体电离室产生一个离子对所需消耗的十分之一左右。这就是半导体探测器具有很高能量分辨率的主要原因。半导体探测器的灵敏区应是接近理想的半导体材料，而实际上一般的半导体材料都有较高的杂质浓度。因此，为了做出合乎要求的探测器，就必须对杂质进行补偿或提高半导体单晶的纯度。通常使用的半导体探测器主要有结型、面垒型、锂漂移型和高纯锗等几种类型。

其特点是能量分辨本领好，分辨时间快。常用的有三种类型：

（１）金硅面垒型，在一块n型硅单晶片上喷涂一层金膜，在金硅交界面附近形成一个高阻区。

（2)锗（或硅）-锂漂移型，使适量的锂均匀地漂移进一块p型锗（或硅）单晶，形成髙阻区。

（3）高纯锗(或硅）单晶。使用时，探测器上接反向电压，当有射线进入高阻区时，产生电子-空穴对，在电场作用下，电子空穴被收集，就有电信号输出，再利用电子仪器记录。金硅面垒探测器适用于测量带电粒子。用锗探测器测量γ射线的能量分辨率特别好，只是一定要在低温（77开）条件下使用。

结型探测器

结构类似结型半导体二极管，但用于探测粒子时要加上足够的反向偏压。这时电子和空穴背着PN结移动而形成灵敏区。结型探测器一般采用硅单晶。这是因硅具有较大的禁带宽度，可用以保证在室温下工作时有足够小的漏电流。此外它的灵敏层厚度一般只有1毫米左右，故只适于探测穿透力较小的带电粒子。

面垒型探测器

一般采用N型单晶硅片，并将金沉积在上面制成，故也常称为金硅面垒型探测器。它是利用金和半导体之间接触电势差，在半导体中形成没有自由载流子的耗尽层，即是探测器的灵敏区。在采用高纯度硅材料时，其厚度可达4～5毫米。此外，还可以用极薄的硅片做成全耗尽型探测器，或称为dE/dX 型探测器，最薄可达1～2微米。入射粒子可以穿过它并根据其能量损失率而鉴别粒子种类。

锂漂移型探测器

为了探测穿透能力较强的γ射线，要求探测器有更大的灵敏区。这种效果通常是使锂漂移进入P型半导体材料，进行补偿而获得。由于锗比硅对γ射线有更高的探测效率，故一般采用锗（锂）漂移探测器。这种探测器的灵敏体积可大于200厘米3。但是，由于其死层较厚，故在探测较低能量的X射线时，往往采用硅（锂）漂移探测器。锂漂移型探测器的另一个特点，是当它被用来探测X及γ射线时必须保持在低温(77K)和真空中工作。

高纯锗探测器

随着锗半导体材料提纯技术的进展，已可直接用超纯锗材料制备辐射探测器。它具有工艺简单、制造周期短和可在室温下保存等优点。用超纯锗材料还便于制成X、γ射线探测器，既可做成很大灵敏体积，又有很薄的死层，可同时用来探测X和γ射线。高纯锗探测器发展很快，有逐渐取代锗（锂）探测器的趋势。

上述各种γ射线探测器均须在低温下工作。人们日益注意探索可在常温下探测γ射线的半导体材料。一些原子序数较大的化合物半导体，如碲化镉、砷化镓、碘化汞、硒化镉等，均已用于制备X、γ射线探测器，并已取得不同程度的进展。