PN结型半导体探测器

在P型半导体中空穴浓度较高，在N型半导体中电子浓度较高。两者结合在一起时，载流子将由高浓度区向低浓度区扩散，结果在两者附近形成一个结区，如图4-3-1所示。在结区基本上不存在自由载流子，只有施主和受主的离子，形成一个空间电荷区，N型一侧带正电，P型一侧带负电，构成一个内部电场，电场将阻止载流子继续扩散。如果在空间电荷区产生电离形成自由载流子，将立即把电子拉向N区，空穴拉向P区。不可能存在自由载流子，所以PN结区称为“耗尽层”。

当给PN外加电压，反向偏置时，即电源正端接N区，负极接P区，使空间电荷电场增强。

电子和空穴分别向正端和负端扩散，结果使“耗尽层”的宽度增大。

耗尽层即为探测器的灵敏区。在电压反向偏置下，耗尽层电阻率极高，相当于外加电压全加在耗尽层端；而P区和N区，自由载流子浓度很高，电阻率很低，相当于两个电极。

探测的射线进入灵敏区（耗尽层），产生电离，生成大量电子-空穴对。在电场作用下，电子和空穴分别迅速向正、负两极漂移、被收集，在输出电路中形成脉冲电信号。

金硅面垒半导体探测器就是以N型硅单晶作基片。将基片经酸处理后形成一氧化层，并在氧化层上镀一层金膜（约10 nm厚）。在靠金膜的氧化层具有P型硅特性，在基片背面镀镍接电源正极，金膜与铜外壳接触接电源负极，氧化层构成PN结耗尽层为金硅面垒探测器的灵敏区。目前金硅面垒探测器灵敏区厚度最大可做到2 mm。一般做成圆片状。

金硅面垒探测器，由于耗尽层厚度较薄，主要用于探测带电重粒子（如α、p等），亦可用作能谱测量，探测效率近于100%。也可用于β射线测量，对γ射线不灵敏。

几种常用金硅面垒探测器特性列于表4-3-1。

图4-3-1 PN结形成及其特性

表4-3-1 几种金硅面垒探测器主要特性

一、物理实验仪器的基本调节方法 1.零位调节 绝大多数测量工具及仪表,如游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、万用表等都有 零位(零点)。 在使用它们之前,必须检查或校正仪器零位。 对于一些特殊的仪器或精度要求 较高的实验,还必须在每次测量前校正仪器零位。 零位校正的方法一般有两种。 一种是测量仪器本身带有零位校正装置,如电表,应使用 零位校正装置使仪器在测量前处于零位另一种仪器本身不能进行零位调整,如端点已经磨 损的米尺、钳口已被磨损的游标卡尺,对于这类仪器,则应先记下零点读数,然后对测量数 据进行零点修正。 2.水平或铅直调整 有些仪器和实验装置必须在水平或铅直状态下才能正常地进行实验,如天平、气垫导轨、 三线摆和一些光学仪器等,因此,在实验中经常遇到要对实验仪器进行水平或铅直调整。 这 种调整常借助水准仪或悬锤进行。 凡是要作水平或铅直调整的仪器,在其底座上大多数设有 三个底脚螺丝(或一个固定脚,两个可调脚),通过调节底脚螺丝,借助于水准仪或悬锤,可 将仪器装置调整到水平或铅直状态。 3.消视差调节 在实验中,经常会遇到仪器的读数标线(指针、叉丝)和标尺平面不重合的情况。 例如, 电表的指针和刻度面总是离开一定的距离,因此,当眼睛在不同位置观察时,读得的指示值 有时会有差异,这一现象称为视差。 为了获得准确的测量结果,实验时必须消除视差。 消除 视差的方法有两种。 一是使视线垂直标尺平面读数,如 1.0 级以上的电表表盘上均附有平面 镜,当观察到指针与其象重合时,读取指针所指刻度值即为正确的二是使读数标线与标尺 平面密合在同一平面内,如将游标卡尺上的游标尺加工成斜面,便是为了使游标尺的刻线下 端与主尺接近处于同一平面,以减小视差。 光学实验中的视差问题较为复杂,除了观测者的读数方法外,主要是由于仪器没有调节 好,造成较大的视差。

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