Характеристики некоторых полупроводников, применяемых для полупроводниковых детекторов

Вещество	ρ г/см^3	ω- эВ	μ+ (см/с)/(В/см)	μ- (см/с)/(В/см)	τ+ с	τ- с
Si (300K)	2,33	3,61			2∙10^-5	2∙10^-5
Ge(77К)	5,33	2,98	3,6·10^4	4,5·10^4	2∙10^-5	2∙10^-5
CdTe	6,06	4,43			10^-6	2∙10^-7
Воздух	1,29∙10^-6				-	-

Энергия образования пары «электрон­-дырка» порядка ширины запрещённой зоны (2 – 3 эВ). В газах на образование пары ионов затрачивается ~ 34 эВ. Т.о., в расчёте на одинаковую поглощённую энергию в полупроводниковом детекторе образуется ~ на порядок больше носителей электрических зарядов, чем в чувствительном объёме ионизационной камеры. Плотность полупроводникового детектора ~ в 10³ раз больше плотности газа ионизационной камеры, поэтому и поглощённая энергия (в расчёте на одинаковую плотность потока излучения) в полупроводниковом детекторе на несколько порядков больше, чем в газовом (т.е. ионизационный эффект в полупроводниковом детекторе будет на несколько порядков выше). Это определяет его высокую чувствительность при малых размерах. У полупроводниковых детекторов по сравнению с газовыми – высокая подвижность носителей заряда (например, в кремнии при комнатной температуре подвижность электронов ~1300 см²/В ∙ с, а дырок ~ 500 см²/В ∙ с, тогда как подвижность ионов в воздухе ~ 1 см²/В ∙ с). Высокая подвижность определяет малое время собирания электрических зарядов на электроды и, как следствие, – большую временную разрешающую способность детектора в счётно-импульсном режиме работы. Малое время собирания снижает вероятность рекомбинации положительных и отрицательных зарядов, а большая подвижность носителей заряда определяет большой ионизационный ток. Последнее позволяет использовать на несколько порядков меньшие внешние напряжения, чем в газовом счётчике.

Сказанное выше относится к чистым, беспримесным ПП. Получить такие сложно и дорого. Реальные ПП имеют хотя и небольшое количество примесей, которые создают разрешённые уровни в запрещенной зоне. Переходы электронов с этих уровней сильно увеличивают проводимость кристалла. При этом проводимость их определятся электронами (n –типа) или дырками – (р-типа).

Такие ПП из-за большого темнового тока не могут непосредственно использоваться в качестве детекторов ИИ.

Преимущества полупроводниковых детекторов:

- Низкое рабочее напряжение;

- Более высокая чувствительность, т.к. v_в = 31 эВ, а v_пп = 3 эВ и ещё r_в = 1,3×10^-3 г/см², r_пп = 3 г/см³. Чувствительность выше на 4 порядка.

- Малые габариты.

Недостатки полупроводниковых детекторов:

- Сложная технология;

- Высокая стоимость;

Большая зависимость от температуры, т.к. темновой ток зависит от температуры

Дата добавления: 2014-01-15