Зонная теория строения полупроводников в применении к ППД

Принцип работы ППД с p-n переходом.

Принцип работы ППД проводящего типа.

Зонная теория строения полупроводников в применении к ППД

Л9 ОД Полупроводниковые детекторы излучения.

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Принцип работы полупроводникового детектора аналогичен принципу работы ИК, он основан на ионизации твердого тела, создаваемой излучением в чувствительном объеме, и, как следствие, изменением электрической проводимости этого тела.

Однако имеются существенные отличия в механизме образования носителей заряда, определяемые зонной структурой энергетического состояния электронов в ПП.

Рассмотрим часть зонной структуры кристалла, в которую входят самая верхняя энергетическая зона, содержащая электроны (А), а также расположенная над ней свободная от электронов зона (С). Зона А, содержащая электроны, носит название валентной зоны. Зона С называется зоной проводимости. Между ними находится запрещенная зона В, которая не имеет энергетических уровней. Электроны не в состоянии задерживаться в этой зоне, а могут лишь проскакивать ее, переходя из валентной зоны в зону проводимости и обратно.

рис. 1 Зонная структура кристала

Подобной энергетической структурой обладают, в частности, вещества, образованные элементами четвертой группы периодической системы – кремний и германий. Уних ширина запрещенной зоны соответственно 1,1 и 0,67эВ.

В отсутствие внешнего воздействия эти вещества обладают высоким электрическим сопротивлением.

Переход части электронов из валентной зоны в зону проводимости возможен в том случае, если кристалл получил извне дополнительную энергию, например от

тепла или от ионизирующего излучения.

Электроны, перешедшие в зону проводимости за счёт тепловой энергии, могут создавать темновой ток при приложении к кристаллу некоторого напряжения. Величина этого тока зависит от температуры и от ширины запрещённой зоны.

В зависимости от ширины запрещенной зоны кристаллы могут быть проводниками, изоляторами или полупроводниками. Если запрещённая зона больше 4 эВ имеем дело с изолятором, т.е. электроны из валентной зоны не переходят в зону проводимости. От 1 до 4 эВ – полупроводник, т.е. ограниченная часть электронов под действием тепла могут переходить в зону проводимости и обратно.

В качестве детекторов ионизирующих излучений используются, как правило, полупроводники, у которых темновой ток значительно меньше, чем ток, индуцированный ионизирующим излучением.

Дата добавления: 2014-01-15