半导体探测器的仪器应用

半导体探测器有两个电极，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。在两极加上电压后，电荷载流子就向两极作漂移运动﹐收集电极上会感应出电荷，从而在外电路形成信号脉冲。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，因此半导体探测器比闪烁计数器和气体电离探测器的能量分辨率好得多。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，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。金硅面垒型探测器1958年首次出现，锂漂移型探测器60年代初研制成功，同轴型高纯锗(HPGe)探测器和高阻硅探测器等主要用于能量测量和时间的探测器陆续投入使用，半导体探测器得到迅速的发展和广泛应用。

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。

1800年，F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。

当时，他使用的是水银温度计，即最原始的热敏型红外探测器。

1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应（也称塞贝克效应），制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测器。

称作温差电型红外探测器（也称真空温差电偶）。

其后，又从单个温差电偶发展成多个电偶串联的温差电堆。

1880年，S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成另一种热敏型红外探测器，称为测辐射热计。

1947年，M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的气动型红外探测器（又称高莱管）。

在40年代，又用半导体材料制作温差电型红外探测器和测辐射热计，使这两种探测器的性能比原来使用半金属或金属时得到很大的改进。

半导体的测辐射热计又称热敏电阻型红外探测器。

60年代中期，出现了热释电型探测器。

它也是一种热敏型探测器，但其工作原理与前三种热敏型红外探测器有根本的区别。

最早的光电型红外探测器是利用光电子发射效应即外光电效应制成的。

以 Cs-O-Ag为阴极材料的光电管（1943年出现）可以探测到 1.3微米。

外光电效应的响应波长难以延伸，因此，它的发展主要是近红外成像器件，如变像管。

利用半导体的内光电效应制成的红外探测器，对红外技术的发展起了重要的作用。

内光电效应分光电导和光生伏特两种效应。

利用这些效应制成的探测器分别称为光导型红外探测器和光伏型红外探测器（见光子型探测器）。

在半导体中引起电导改变或产生电动势是一个激活过程，需要有一定的能量墹E。

因此，入射辐射的光子能量必须大于墹E。

也就是光电型探测器有一个最长的响应波长，称为长波限λ。

1917年，T.W.卡斯发明Tl2S光电型红外探测器，但长波限仅到1.1微米。

30年代末期，德国人研究PbS光导型探测器，室温工作时长波限为3微米，液氮温度时可到5微米。

第二次世界大战之后，相继研制成PbTe和PbSe光电型探测器，响应波长延伸到7微米。

50年代起，由于半导体物理学的发展，光电型探测器所能探测的波长不断延伸。

对于有重要技术用途的 1～13微米波段和限于实验室应用的13～1000微米波段，都有适当的光电型探测器可供使用。

60年代起，又研究成Hg1-xCdxTe三元半导体红外探测器，配制不同组分x的材料，可以制得不同响应波长的红外探测器。

整流型红外探测器也是60年代开始问世的。

由于激光的出现，就有可能利用外差技术进行接收。

因此，把微波波段用的结型检波器推广应用到更高的频率范围，即短毫米波和亚毫米波。

按照给出信息的方式，辐射探测器主要分为两类：

一类是粒子入射到探测器后，经过一定的处置才给出为人们感官所能接受的信息。例如，各种粒子径迹探测器，一般经过照相、显影或辐射监测仪化学腐蚀等过程。还有热释光探测器、光致发光探测器，则经过热或光激发才能给出与被照射量有关的光输出。这一类探测器基本上不属于核电子学的研究范围。

另一类探测器接收到入射粒子后，立即给出相应的电信号，经过电子线路放大、处理，就可以进行记录和分析。这一类称为电探测器。电探测器是应用最广泛的辐射探测器。这一类探测器的问世，导致了核电子学这一新的分支学科的出现和发展。

能给出电信号的辐射探测器已不下百余种。最常用的主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。早在1908年，气体电离探测器就已问世。但直到1931年脉冲计数器出现后才解决了快速计数问题。1947年，闪烁计数器的出现，由于其密度远大于气体而大大提高了对粒子的探测效率。最显著的是碘化钠（铊）闪烁体，对γ射线还具有较高的能量分辨本领。60年代初，半导体探测器的研制成功，使能谱测量技术有了新的发展。现代用于高能物理、核物理和其他科学技术领域的各种类型探测器件和装置，都是基于上述三种类型探测器件经过不断改进创新而发展起来的。

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