关于半导体的一片600字论文

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属，如铜是电的好导体，因为它们的电子没有紧密的和原子核相连，很容易被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。

半导体射线探测器

最初约年研究核射线在晶体上作

用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由

于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适

的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探

测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、

正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。

年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了

“ 传导计数器” 。在晶体

上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分

离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多

人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫

施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一

对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用

的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器

有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒

子的射程小硅能吸收质子, 而

质子在空气中射程为, 产生一对载

流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子

的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响

应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,

使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应

能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集

上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个

足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属

半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗

尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核

射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子

对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收

集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的

能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在

年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体

材料有关。

麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威

茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。

年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒

子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而

变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测

量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀

粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得

到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对

需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,

加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压

时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普

杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二

极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉

冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为

二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分

辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极

管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探

测器。

年以后, 许多人做了大量工作, 发表

了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型

探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的

探测器, 并用探测器, 工作在,

测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一

系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰

击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,

制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、

阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面

垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少

漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。

这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大

关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随

所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏

放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必

需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为

一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握

尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效

应晶体管后, 进一步改善了分辨率。

为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效

体积如吸收电子需厚硅。采用

一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压

获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因

此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大

大推动这种探测器的发展。即在型半导体里

用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率

很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿

容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作

为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把

铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反

向偏压, 并升温, 锉离

一

子向区漂移, 形成

一一结构, 有效厚度可达。这种探测器

很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器

组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效

率低, 因硅的原子序数低。为克服这一

点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为

。年, 弗莱克首先用型锗口,

按照佩尔方法, 制成半导体探测器,

铿漂移长度为, 测‘“ 、的的

射线, 得到半峰值宽度为

直到年以前, 所有的探测器都是平面

型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“

和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂

移时间要个月, 因此, 有效体积大于到

” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发

展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大

体积同轴探测器。之后, 随着电子工

业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十

“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射

线的探测。年以后广泛地用于各个部门。

最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应

用上都有很大发展。

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