半导体探测器的特点

优点:

1)非常好的位置分辨

这是硅微条探测器最突出的特点。它的位置分辨率是目前应用的各种探测器中最高的,目前可做到1. 4μm。

主要因为固体的密度比气体大100 倍左右, 带电粒子穿过探测器, 产生的电子-空穴对(e-h) 的密度非常高, 大约为110e-h/μm。

另外由于现代半导体技术工艺, 光刻技术及高集成度低噪声读出电子学的飞速发展, 每个读出条可对应一路读出电子学, 更有利于空间分辨率的提高。

2)很高的能量分辨率

半导体探测器的能量分辨率比气体探测器大约高一个数量级, 比闪烁计数器高得更多。

这是因为在硅半导体中电离产生一对电子-空穴对只需要3eV左右的能量, 而气体中产生一对离子对所需能量大约为30eV , 塑料闪烁探测器在光阴极上产生一个光电子需要的能量大约为300eV。带电粒子在硅半导体中的能量损失也很高, 在硅晶体中,能量损失大约390eV/μm 。因此, 同样能量的带电粒子在半导体中产生的电子-空穴对数要比气体中产生的离子对高一个数量级以上。这样电荷数的相对统计涨落也比气体小很多。

法诺因子F也小。

硅 F≈0.10, 锗 F≈0.06

气体 F≈0.4

闪烁体 F=1

3)能量线性很好

半导体的平均电离功与入射粒子的能量和种类以及探测器的类型无关,只要所产生的电子空穴对全部被收集,探测器输出脉冲与入射粒子能量成正比。

半导体探测器对各种粒子都有良好的能量线性。

4)非常快的响应时间

在半导体探测器中, 由于采用微电子工艺的半导体探测器很薄, 它的电荷在很小的区域里收集, 响应时间非常快, 一般可达到5n s 左右。因此,可以实现高计数率, 可超过108/cm2·s。

5)体积可做得很小

由于硅半导体密度大, 有一定的刚度, 它可以做得很薄并能自身支持,典型的厚度是300μm 左右, 当带电粒子穿过时, 大约可产生3. 2×104电子-空穴对。有的还可做得更薄, 整个探测器可以做得很小。

6)抗磁场性能好

对磁场(B<10KG)不灵敏。

缺点:对辐射损伤比较灵敏

半导体探测器的辐照损伤很严重。因为辐照在半导体中会造成晶格缺陷,致使半导体探测器的漏电流增大,性能下降。

辐射损伤与辐射种类、剂量率以及辐照时间和条件有关。

各国科学家就此问题从技术上正在进行不断地改进提高。


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