第五章半导体探测器.ppt

第十章第十章 半导体探测器半导体探测器Semiconductor Detector 半半导导体体探探测测器器的的基基本本原原理理是是带带电电粒粒子子在在半半导导体体探探测测器器的的灵灵敏敏体体积积内内产产生生电电子子－－空空穴穴对对，，电电子子－空穴对在外电场的作用下－空穴对在外电场的作用下漂移漂移而输出信号而输出信号 我我们们把把气气体体探探测测器器中中的的电电子子－－离离子子对对、、闪闪烁烁探探测测器器中中被被 PMT第第一一打打拿拿极极收收集集的的电电子子 及及半半导导体体探探测测器器中中的的电电子子－－空空穴穴对对统统称称为为探探测测器器的的信信息息载载流流子子产产生生每每个个信信息息载载流流子子的的平平均均能能量量分分别别为为30eV(气气体体探探测测器器)，，300eV(闪闪烁烁探探测测器器)和和3eV(半半导体探测器导体探测器)半导体探测器半导体探测器的特点：的特点：(1) 能量分辨率最佳能量分辨率最佳；；(2)  射线探测效率较高射线探测效率较高，可与闪烁探测器，可与闪烁探测器相比常用半导体探测器常用半导体探测器有：有：(1) P-N结型结型半导体探测器；半导体探测器；(2) 锂漂移型锂漂移型半导体探测器；半导体探测器；(3) 高纯锗高纯锗半导体探测器；半导体探测器；10.1 半导体的基本性质半导体的基本性质1、、本征半导体和杂质半导体本征半导体和杂质半导体1) 1) 本征本征半导体半导体：： 由于热运动而产生的由于热运动而产生的载流子浓度载流子浓度载流子浓度载流子浓度称为称为本征载流子浓本征载流子浓本征载流子浓本征载流子浓度度度度，，，，且导带中的且导带中的电子数电子数电子数电子数和价带中的和价带中的空穴数空穴数空穴数空穴数严格相等严格相等严格相等严格相等。

常用半导体材料为常用半导体材料为硅硅(Si)和和锗锗(Ge)，均为，均为IV族元素族元素.理想、无杂质的半导体理想、无杂质的半导体. 固体物理理论已证明半导体内的固体物理理论已证明半导体内的载流子平衡载流子平衡浓度浓度为为：： ni和和pi为为单单位位体体积积中中的的电电子子和和空空穴穴的的数数目目，，下下标标“i”表表示示本本征征(Intrinsic)材材料料T为为材材料料的绝对温度，的绝对温度，EG为能级的禁带宽度为能级的禁带宽度2) 2) 杂质杂质半导体半导体杂质类型：杂质类型：替位型替位型，，间隙型间隙型1) 替位型替位型：：III族元素族元素，如，如B，，Al，，Ga等；等； V族元素族元素，如，如P，，As，，Sb等等(2) 间隙型间隙型：：Li，可在晶格间运动可在晶格间运动3) 3) 施主施主杂质杂质( (Donor impurities) )与与施主施主能级能级 施施主主杂杂质质为为V V族族族族元元素素，，其其电电离离电电位位E ED D很很低低，，施施主主杂杂质质的的能能级级一一定定接接近近禁禁带带顶顶部部(即即导导带带底底部部)。

在在室室温温下下，，这这些些杂杂质质原原子子几几乎乎全全部部电电离离由由于于杂杂质质浓浓度度远远大大于于本本征征半半导导体体导导带带中中的的电电子子浓浓度度，，多多多多数数数数载载载载流流流流子子子子为为电电电电子子子子，，杂杂质质原原子子成成为为正正电电中中心心掺掺有有施施主主杂杂质质的半导体称为的半导体称为N 型半导体型半导体电子浓度电子浓度：：施主杂质浓度施主杂质浓度4)4)受主受主杂质杂质(Acceptor impurities)与与受主受主能级能级 受主杂质受主杂质为为III族族元素，其元素，其电离电位电离电位EA很低很低，，受主杂质的受主杂质的能级能级一定很一定很接近接近禁禁带底部带底部(即价带顶部即价带顶部)，室温下价带中电，室温下价带中电子容易跃迁这些能级上；在价带中出现子容易跃迁这些能级上；在价带中出现空穴所以，此时空穴所以，此时多数载流子多数载流子为为空穴空穴，，杂质原子成为杂质原子成为负电中心负电中心掺有受主杂质受主杂质的半导体称为的半导体称为P 型半导体型半导体空穴浓度空穴浓度：：受主杂质浓度受主杂质浓度Doping with valence 5 atomsDoping with valence 3 atomsN-type semiconductorP-type semiconductor2、、载流子浓度和补偿效应载流子浓度和补偿效应1) 载流子浓度载流子浓度空穴浓度空穴浓度：：电子浓度电子浓度：： 式中，式中，E1为导带底；为导带底；E2为价带顶。

为价带顶Cn和和Cp为与禁为与禁带内能级分布无关的带内能级分布无关的常数常数所以所以：： 可见，对半导体材料，在一定温度下，可见，对半导体材料，在一定温度下，n·p仅与禁带仅与禁带宽度有关宽度有关因此，在因此，在相同温度下相同温度下，，本征半导体本征半导体的相等的相等的的两种载流子密度之积两种载流子密度之积与与掺杂半导体掺杂半导体的的两种载流子密两种载流子密度之积度之积相等，即：相等，即：2) 补偿效应补偿效应 对对N型型半半导导体体：：n > p，，可可以以加加入入受受主主杂杂质质，，使使之之成成为为本本征征半半导导体体，，此此时时n = p = ni，，也也称称为为“准准本本征征半半导导体体”；；进进一一步步加加入入受受主主杂杂质质，，可可变变为为P型型半半导导体体，，即即p > n但但其其代代价价为为载载流流子子的的寿寿命命将将大大大大缩缩短短对本征半导体对本征半导体：：对杂质半导体对杂质半导体：： ，但仍满足，但仍满足当当 n = p 时，载流子总数时，载流子总数 取最小值取最小值3 3、、半导体作为探测介质的物理性能半导体作为探测介质的物理性能1) 1) 平均电离能平均电离能 （（w））SiGe300ºK3.62eV 77ºK3.76eV2.96eV 入射粒子在半导体介质中入射粒子在半导体介质中平均平均产生产生一对电子一对电子空穴空穴需要的能量。

需要的能量 半半导导体体中中的的平平均均电电离离能能与与入入射射粒粒子子能能量量无无关关在在半半导导体体中中消消耗耗能能量量为为E时时，，产产生生的的载载流流子数目子数目N为：为：2) 2) 载流子的漂移载流子的漂移 由由于于 电电子子迁迁移移率率 n 和和 空空穴穴迁迁移移率率 p 相相近近，，与与气气体体探探测测器器不不同同，，不不存存在在电电子子型型或或空空穴穴型型半半导导体体探测器对对N型半导体型半导体，电子的漂移速度为，电子的漂移速度为对对P型半导体型半导体，空穴的漂移速度为，空穴的漂移速度为 电场较高时，漂移速度随电场的增加较慢，最电场较高时，漂移速度随电场的增加较慢，最后达到后达到载流子载流子的的饱和速度饱和速度～～107cm/s3) 电阻率电阻率与与载流子寿命载流子寿命半导体电阻率半导体电阻率：：本征电阻率本征电阻率：： 掺杂将大大降低半导体的电阻率掺杂将大大降低半导体的电阻率，对硅来说掺杂对电，对硅来说掺杂对电阻率的影响比锗显著得多当半导体材料被冷却到液氮阻率的影响比锗显著得多当半导体材料被冷却到液氮温度时将大大提高电阻率。

温度时将大大提高电阻率 载流子寿命载流子寿命 --载流子在俘获以前，可在晶体中自由运载流子在俘获以前，可在晶体中自由运动的时间只有当漂移长度动的时间只有当漂移长度 大于灵敏体积的大于灵敏体积的长度才能保证载流子的有效收集对高纯度的长度才能保证载流子的有效收集对高纯度的Si和和Ge  ～～10-3s，决定了，决定了Si和和Ge为最实用的半导体材料为最实用的半导体材料 高的电阻率高的电阻率和和长的载流子寿命长的载流子寿命是组成半是组成半导体探测器的关键导体探测器的关键10.2 P-N结半导体探测器结半导体探测器1、、P-N结半导体探测器的工作原理结半导体探测器的工作原理1) P-N结区结区(势垒区势垒区)的形成的形成　　 (1) 多多数数载载流流子子扩扩散散，，空空间间电电荷荷形形成成内内电电场场并并形形成成结结区区结结区区内内存存在在着着势势垒垒，，结结区区又又称称为为势势垒垒区区势势垒垒区区内内为为耗耗尽尽层层，，无无载载流流子子存存在在，，实实现现高高电电阻阻率率，，达达 ，，远高于本征电阻率远高于本征电阻率。

(2) P-N结内的电流结内的电流 If －－ 能量较高的能量较高的多子穿透多子穿透内电场，方向为内电场，方向为逆逆内电场内电场方向方向；；IG－－ 在结区内由于在结区内由于热运动产热运动产生生的电子空穴对；的电子空穴对； IS－－ 少子扩散少子扩散到结区 IG，，IS的方向为的方向为顺顺内电场方向内电场方向IfIG , IS平衡状态时：平衡状态时：(3) 外加电场下的外加电场下的P-N结：结： 即即在在使使结结区区变变宽宽的的同同时时，，IG 增增加加, IS不不变变，，If减减小小，，并出现并出现IL，此时表现的宏观电流称为，此时表现的宏观电流称为暗电流暗电流在外加反向电压时的在外加反向电压时的反向电流：反向电流： 少子的扩散电流，结区面积不变，少子的扩散电流，结区面积不变，IS 不变不变；； 结区体积加大，热运动产生电子空穴多，结区体积加大，热运动产生电子空穴多，IG 增大增大；； 反向电压产生反向电压产生漏电流漏电流 IL ，，主要是表面漏电流主要是表面漏电流 在在P-N结上加结上加反向电压反向电压，由于结区电阻率很高，电，由于结区电阻率很高，电位差几乎都降在结区。

位差几乎都降在结区 反向电压形成的电场与内电场方向一致反向电压形成的电场与内电场方向一致 外加电场使结区宽度增大反向电压越高，结区外加电场使结区宽度增大反向电压越高，结区越宽2) P-N结半导体探测器的特点结半导体探测器的特点 (1) 结区的空间电荷分布，电场分布及电位分布结区的空间电荷分布，电场分布及电位分布P-N结结内内N区区和和P区区的的电荷密度电荷密度分别为：分别为： 式式中中ND和和NA分分别别代代表表施施主主杂杂质质和和受受主主杂杂质质浓浓度度；；a,b则则代代表表空空间间电电荷荷的的厚厚度度一一般般a,b不不一一定定相相等等，，取取决决于于两两边边的的杂杂质质浓浓度度，，耗耗尽尽状状态态下下结结结结区区区区总总总总电电电电荷荷荷荷为为为为零零零零，，，，即即即即N ND D a a＝＝＝＝N NA A b bn-typep-type- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - -+ + + + ++ + + + ++ + + + +电场为电场为非均匀电场：非均匀电场：电位分布电位分布可由电场积分得到可由电场积分得到：：(2) 结区宽度结区宽度与与外加电压外加电压的关系的关系当当x = 0时，时，P区区和和N区区的电位应相等，即的电位应相等，即又因：又因：所以：所以：耗尽区的总宽度耗尽区的总宽度：：当当ND>>NA时，时，b>>a。

则则当当NA>>ND时，时，a>>b则一般可写成：一般可写成：Ni为为掺杂少掺杂少的一边的的一边的杂质浓度杂质浓度(3) 结区宽度结区宽度的限制因素的限制因素受材料的受材料的击穿电压击穿电压的限制：的限制：受受暗电流暗电流的限制，因为：的限制，因为：(4) 结电容结电容随工作电压的变化随工作电压的变化 根据结区电荷随外加电压的变化率，可以计根据结区电荷随外加电压的变化率，可以计算得到结区电容：算得到结区电容： 结区电容随外加电压变化而变化，外加电压的结区电容随外加电压变化而变化，外加电压的不稳定可以影响探测器输出电压幅度的不稳定不稳定可以影响探测器输出电压幅度的不稳定即：即：2、、P-N结半导体探测器的类型结半导体探测器的类型1) 1) 扩散结扩散结( (Diffused Junction) )型探测器型探测器采用采用扩散工艺扩散工艺————高温扩散高温扩散或或离子注入离子注入；；材材料一般选用料一般选用P P型高阻硅型高阻硅，，电阻率为电阻率为10001000；；在在电极引出时一定要保证为电极引出时一定要保证为欧姆接触，欧姆接触，以防止以防止形成另外的结形成另外的结。

2) 2) 金硅面垒金硅面垒( (Surface Barrier) )探测器探测器一般用一般用N N型高阻硅型高阻硅，，表面蒸金表面蒸金50～～100 g/cm2 氧化形成氧化形成P P型硅型硅，而形成，而形成P-N结工艺成熟、结工艺成熟、简单、价廉简单、价廉 3、、半导体探测器的输出信号半导体探测器的输出信号1) 1) 输出回路输出回路 须考虑须考虑结电阻结电阻Rd和和结电容结电容Cd，，结区外结区外半导半导体材料的体材料的电阻电阻和和电容电容RS，，CS测测量量仪仪器器2) 2) 输出信号输出信号 当当 R0(Cd+Ca) >> tc ( tc为载流子收集时间为载流子收集时间 )时，时，为为电压脉冲型工作状态电压脉冲型工作状态：：辐射在灵敏体积内产辐射在灵敏体积内产生的电子－空穴对数生的电子－空穴对数脉冲后沿以时间常数脉冲后沿以时间常数R0(Cd+Ca) 指数规律下降指数规律下降脉冲前沿从粒子入射至全部载流子被收集脉冲前沿从粒子入射至全部载流子被收集(tc)但是，由于但是，由于输出电压脉冲幅度输出电压脉冲幅度h与与结电容结电容Cd有关，有关，而而结电容结电容 随随偏压偏压而变化，因此当所加偏而变化，因此当所加偏压不稳定时，将会使压不稳定时，将会使 h 发生附加的涨落，发生附加的涨落， 不利于不利于能谱的测量；为解决该矛盾，能谱的测量；为解决该矛盾，PN结半导体探测器结半导体探测器通常通常不用不用电压型电压型或或电流型电流型前置放大器，而是采用前置放大器，而是采用电荷灵敏前置放大器电荷灵敏前置放大器。

电荷灵敏放大器的输入电电荷灵敏放大器的输入电容极大，可以保证容极大，可以保证 C入入 >> Cd ，而，而 C入入是十分稳定是十分稳定的，从而大大减小了的，从而大大减小了Cd变化的影响若反馈电容变化的影响若反馈电容和反馈电阻为和反馈电阻为Cf和和Rf，则输出脉冲幅度为：，则输出脉冲幅度为：输出回路的输出回路的时间常数时间常数为：为：3) 3) 载流子收集时间载流子收集时间 由于在边界，电场强度趋于由于在边界，电场强度趋于0，定义载，定义载流子扫过流子扫过 x＝＝0.99W 的距离的时间为载流的距离的时间为载流子收集时间：子收集时间：可以获得快的上升时间可以获得快的上升时间4 4、主要性能、主要性能 主要用于测量主要用于测量重带电粒子重带电粒子的的能谱能谱，如，如 , ,p等，等，一般要求一般要求耗尽层厚度耗尽层厚度大于大于入射粒子的射程入射粒子的射程1) 1) 能量分辨率能量分辨率影响能量分辨率的因素影响能量分辨率的因素为：为：(1) 输出输出脉冲幅度的统计涨落脉冲幅度的统计涨落 式式中中：：F为为法法诺诺因因子子，，对对Si，，F=0.143；；对对Ge，，F=0.129。

w为为产产生生一一个个电电子子—空空穴穴对对所所需要的平均能量需要的平均能量能量分辨率可用能量分辨率可用FWHM表示：表示： FWHM 或或  E 称为称为半高宽半高宽或或线宽线宽，单位，单位为：为：KeV以以210Po的的 E＝＝5.304MeV 的的 粒子为例，粒子为例， 对一种对一种PN结探测器，由于输出脉冲幅度结探测器，由于输出脉冲幅度的的统计涨落统计涨落引起的线宽为：引起的线宽为：(2) 探测器和电子学噪声探测器和电子学噪声 探测器的噪声探测器的噪声由由P-N结反向电流结反向电流及及表面漏电表面漏电流流的的涨落涨落造成；造成； 电子学噪声电子学噪声主要由第一级主要由第一级FET构成，包括：构成，包括：零电容噪声零电容噪声和和噪声斜率噪声斜率 噪声的表示方法噪声的表示方法：：等效噪声电荷等效噪声电荷ENC，即放，即放大器输出噪声电压的均方根值等效于放大器输入大器输出噪声电压的均方根值等效于放大器输入端的噪声电荷，以端的噪声电荷，以电子电荷电子电荷为单位；由于噪声为单位；由于噪声叠叠加加在射线产生的信号上，使在射线产生的信号上，使谱线进一步谱线进一步加宽加宽，参，参照产生信号的射线的能量，用照产生信号的射线的能量，用FWHM表示，其表示，其单位就是单位就是KeV。

例如，例如，ENC＝＝200电子对，由噪电子对，由噪声引起的线宽为：声引起的线宽为：(3) 窗厚度的影响窗厚度的影响式中式中 为为单位窗厚度引起的能量损失单位窗厚度引起的能量损失得到得到总线宽总线宽为：为：例如：例如：则：则：2）） 分辨时间分辨时间与与时间分辨本领时间分辨本领：：3）） 能量线性很好，能量线性很好，与入射与入射粒子类型粒子类型和和能能量基本无关量基本无关4）） 辐照寿命辐照寿命 辐照寿命是半导体探测器的一个致命辐照寿命是半导体探测器的一个致命的的弱点弱点半导体探测器随着使用时间的半导体探测器随着使用时间的增加，造成增加，造成载流子寿命变短载流子寿命变短，影响载流，影响载流子的收集例如，对子的收集例如，对5.5MeV的的 粒子，粒子，当达到当达到109cm-2时，分辨率开始变坏，达时，分辨率开始变坏，达到到1011cm-2时明显变坏时明显变坏5、应用、应用1）） 重带电粒子能谱测量重带电粒子能谱测量2）） dE/dx 探测器探测器 dE/dx探测器工作于探测器工作于全耗尽型全耗尽型或或过耗尽型过耗尽型状状态，可用于态，可用于粒子鉴别粒子鉴别。

dE/dx探测器探测器的输出信号为的输出信号为X，，能量探测器能量探测器的输出信号为的输出信号为Y，，其乘积其乘积 XY＝＝mZ2 而得到粒子谱而得到粒子谱 由于一般半导体材料的杂质浓度和外由于一般半导体材料的杂质浓度和外加高压的限制，加高压的限制，耗尽层厚度耗尽层厚度为为1～～2mm 对强穿透能力的辐射而言，对强穿透能力的辐射而言，探测效率探测效率受很受很大的局限大的局限P-N结半导体探测器存在的矛盾结半导体探测器存在的矛盾：：10.3 锂漂移半导体探测器锂漂移半导体探测器1. 1. 1. 1. 锂的漂移特性及锂的漂移特性及锂的漂移特性及锂的漂移特性及P-I-NP-I-N结结结结1) 间隙型杂质间隙型杂质——LiLi为施主杂质，电离能很小为施主杂质，电离能很小 ～～0.033eVLi＋＋漂移速度漂移速度当温度当温度T 增大时，增大时， (T)增大，增大，Li+漂移漂移速度增大速度增大2) P-I-N结的形成结的形成 基体用基体用P型半导体型半导体(因为极高纯度的材料多是因为极高纯度的材料多是P型的型的)，例如掺硼，例如掺硼的的Si或或Ge单晶1) 一端表面蒸一端表面蒸Li，，Li离子化为离子化为Li+,形成形成PN结。

结2) 另一端表面蒸金属，引出电极另一端表面蒸金属，引出电极 外加电场，使外加电场，使Li+漂移Li+与受主杂质与受主杂质(如如Ga-)中和，并可实中和，并可实现现自动补偿自动补偿形成形成 I I 区区区区3) 形成形成P-I-NP-I-N结，未漂移补偿区仍为结，未漂移补偿区仍为P，引出电极引出电极PN+Intrinsic SemiFront metallizationOhmic back contactTo positive bias voltage 由硅作为基体的探测器称为由硅作为基体的探测器称为Si(Li)探测器探测器，由锗作为基体的探测，由锗作为基体的探测器称为器称为Ge(Li)探测器探测器锂离子是用于漂移成探测器的唯一的离子锂离子是用于漂移成探测器的唯一的离子2. 2. 2. 2. 锂漂移探测器的工作原理锂漂移探测器的工作原理锂漂移探测器的工作原理锂漂移探测器的工作原理1) 空间电荷分布、电场分布及电位分布空间电荷分布、电场分布及电位分布I区区为为完全补偿区完全补偿区，呈电中性为均匀电场；，呈电中性为均匀电场；I区区为为耗尽层耗尽层，电阻率可达，电阻率可达1010 cm；；I区区厚度可达厚度可达10～～20mm，，为为灵敏体积灵敏体积。

杂质浓度杂质浓度电荷分布电荷分布电位电位电场电场2) 工作条件工作条件 为了为了降低降低探测器本身的探测器本身的噪声噪声和和FET的的噪声噪声，同时为降，同时为降低探测器的表面漏电流，锂漂移探测器和场效应管低探测器的表面漏电流，锂漂移探测器和场效应管FET都置于都置于真空低温真空低温真空低温真空低温的容器内，的容器内，工作于液氮温度工作于液氮温度(77K) 对对Ge(Li)探探测测器器，，由由于于锂锂在在锗锗中中的的迁迁移移率率较较高高，，须须须须保保保保持持持持在在在在低低低低温温温温下下下下，，以以防防止止Li+Ga-离离子子对对 离离解解，，使使Li+沉沉积积而而破破坏坏原原来来的的补补偿偿；； 对对Si(Li)探探测测器器，，由由于于锂锂在在硅硅中中的的迁迁移率较低，在移率较低，在常温下保存常温下保存而无永久性的损伤而无永久性的损伤3) 由于由于PIN探测器探测器能量分辨率的大大提高能量分辨率的大大提高，，开创了开创了 谱学的新阶段谱学的新阶段Li漂移探测器的问题：漂移探测器的问题：低温下保存代价很高低温下保存代价很高；；漂漂移的生产周期很长移的生产周期很长，约，约30～～60天。

天10.4 高纯锗高纯锗(HPGe)半导体探测器半导体探测器由耗尽层厚度的公式：由耗尽层厚度的公式：降低降低杂质的浓度杂质的浓度Ni可提高耗尽层的厚度可提高耗尽层的厚度 高纯锗半导体探测器是由极高纯度的高纯锗半导体探测器是由极高纯度的Ge单晶单晶制成的制成的 P-N结结 半导体探测器杂质浓度为半导体探测器杂质浓度为~1010原子原子/cm3一般半导体材料杂质浓度为一般半导体材料杂质浓度为~1015原子原子/cm31. 1. 1. 1. 高纯锗探测器的工作原理高纯锗探测器的工作原理高纯锗探测器的工作原理高纯锗探测器的工作原理1) P-N结的构成结的构成 采采用用高高纯纯度度的的 P型型Ge单单晶晶，，一一端端表表面面通通过过蒸蒸发发扩扩散散或或加加速速器器离离子子注注入入施施主主杂杂质质(如如磷磷或或锂锂)形形成成 N区区 和和 N+，，并并形形成成P-N结结另另一一端端蒸蒸金金属属形形成成 P+，，并并作作为入射窗两端引出电极为入射窗两端引出电极 因为因为杂质浓度极低杂质浓度极低，相应的，相应的电阻率很电阻率很高高空间电荷密度很小空间电荷密度很小，，P区的区的耗尽层厚耗尽层厚度大度大。

2) 空间电荷分布、电场分布及电位分布空间电荷分布、电场分布及电位分布电荷分布电荷分布电位电位电场电场2. 2. 2. 2. 高纯锗探测器的特点高纯锗探测器的特点高纯锗探测器的特点高纯锗探测器的特点1) P区区存在空间电荷，存在空间电荷，HPGe半导体探测半导体探测器是器是PN结结型探测器型探测器2) P区区为为非均匀电场非均匀电场3) P区区为为灵敏体积灵敏体积，其厚度与外加电压，其厚度与外加电压有关，一般工作于有关，一般工作于全耗尽状态全耗尽状态4) HPGe半导体探测器可在半导体探测器可在常温下保存常温下保存，，低温下工作低温下工作10.5 锂漂移和锂漂移和HPGe半导体探测器的性能与应用半导体探测器的性能与应用1. 1. 1. 1. 结构结构结构结构平面型平面型：体积较小，厚度一般小于：体积较小，厚度一般小于2.0cm，常用于低能，常用于低能 或或X射线的探测射线的探测同轴型同轴型：体积较大，用于：体积较大，用于 射线的探测射线的探测 对两种不同的结构形式，由于空间电荷的作用，灵对两种不同的结构形式，由于空间电荷的作用，灵敏体积内的敏体积内的电场分布电场分布是不同的。

是不同的2. 2. 2. 2. 输出信号输出信号输出信号输出信号 与电离室相似，载流子漂移速度快，载流子收集时间与电离室相似，载流子漂移速度快，载流子收集时间就短，可以获得快上升时间的输出电压脉冲其就短，可以获得快上升时间的输出电压脉冲其上升时上升时间与入射粒子的位置有关间与入射粒子的位置有关，是，是变前沿变前沿变前沿变前沿的输出电压脉冲的输出电压脉冲 对平面型和同轴型的本征电流在电容上积分得到的输对平面型和同轴型的本征电流在电容上积分得到的输出信号的形状可以定量描述出信号的形状可以定量描述对对平面型探测器平面型探测器:对对同轴型探测器同轴型探测器:3. 3. 3. 3. 性能性能性能性能其中：其中： Si(Li)和和Ge(Li)平面型探测器平面型探测器用于用于低能低能 (X)射线射线的探测，其能量分辨率常以的探测，其能量分辨率常以55Fe的衰变产物的衰变产物55Mn的的KX能量能量5.95KeV为标准，一般指标约：为标准，一般指标约：1) 能量分辨率能量分辨率：：为为载流子数的涨落载流子数的涨落为为漏电流和噪声漏电流和噪声；； 为为载流子由于陷阱效应带来的涨落载流子由于陷阱效应带来的涨落，，通过适当通过适当提高偏置电压减小提高偏置电压减小。

HPGe，，Ge(Li)同轴型探测器同轴型探测器用于用于 射线探测射线探测，，常以常以60Co能量为能量为1.332MeV的的 射线为标准，一般射线为标准，一般指标约：指标约：2) 探测效率探测效率一般以一般以 3英寸英寸×3英寸英寸的的NaI(Tl)晶体为晶体为100％％，，用用相对效率相对效率来表示以以85cm3的的HPGe为例，探测效率为为例，探测效率为19％3) 峰康比峰康比P = 全能峰峰值全能峰峰值/康普顿平台的峰值康普顿平台的峰值与与FWHM以及体积有关，可达以及体积有关，可达600～～8004) 能量线性能量线性：：非常好非常好5) 时间特性时间特性：：电流脉冲宽度电流脉冲宽度可达可达10-9~10-8s.1) HPGe和和Ge(Li)用于组成用于组成 谱仪谱仪：锗具有：锗具有较高的密度和较高的原子序数较高的密度和较高的原子序数(Z=32)探头探头(晶体＋前置放大器＋低温装置晶体＋前置放大器＋低温装置)；；4. 4. 4. 4. 应用应用应用应用谱放大器谱放大器(稳定性，抗过载，极零调节，基线稳定性，抗过载，极零调节，基线恢复等恢复等);谱仪的组成谱仪的组成：：多道脉冲幅度分析器多道脉冲幅度分析器(一般大于一般大于4000道，现在道，现在一般都带有数字稳谱功能一般都带有数字稳谱功能)；；计算机计算机(谱解析软件及定量分析软件谱解析软件及定量分析软件)。

 谱仪的应用谱仪的应用：活化分析；：活化分析；X射线荧光分析；射线荧光分析；核物理研究等核物理研究等2) Si(Li)探测器探测器 由于由于Si的的Z＝＝14，对一般能量的，对一般能量的 射线，射线，其光电截面仅为其光电截面仅为锗锗的的1/50，因此，其主要，因此，其主要应用为：应用为： 低能量的低能量的 射线和射线和X射线测量射线测量，， 在可得在可得到较高的光电截面的同时，到较高的光电截面的同时，Si的的X射线逃逸射线逃逸将明显低于锗的将明显低于锗的X射线逃逸射线逃逸；；  粒子或其他外部入射的电子的探测粒子或其他外部入射的电子的探测，，由于其原子序数较低，可由于其原子序数较低，可减少反散射减少反散射10.6 其他半导体探测器其他半导体探测器1. 1. 1. 1. 化合物半导体探测器化合物半导体探测器化合物半导体探测器化合物半导体探测器这些材料的探测器均可在常温下使用这些材料的探测器均可在常温下使用大小大小CdTe501.47eV4.43eV650eVHgI2622.13 6.50 500GaAs321.43 4.202. 2. 2. 2. 雪崩型半导体探测器雪崩型半导体探测器雪崩型半导体探测器雪崩型半导体探测器内放大及结构特点，内放大及结构特点，E~2×104V/cm，改善信噪比。

改善信噪比用于生物、医学领域，体内测量软用于生物、医学领域，体内测量软X射线3. 3. 3. 3. 位置灵敏半导体探测器位置灵敏半导体探测器位置灵敏半导体探测器位置灵敏半导体探测器硅微条位置灵敏探测器硅微条位置灵敏探测器(SMD)，条距为，条距为20 m，工，工作于全耗尽状态位置分辨率可达作于全耗尽状态位置分辨率可达2～～3  m。