半导体探测器是一种工作在反向偏压下的p-n结二极管，实质上是一个介质为半导体材料的固体电离室，其工作原理与气体电离室相似。一个p型半导体与一个n型半导体紧密接触时，p区中的多数载流子（空穴）向空穴密度较小的n区扩散，同时电子由n区向p区扩散，电荷的分离导致“内建电场”的建立，方向为n→p，阻止这种扩散无限制地进行，直到建立平衡，形成p-n结。结区内的自由电子和空穴被电场收集，因此结区内没有载流子，形成耗尽层，电阻率可达1010Ω·cm。当半导体探测器工作在反向偏压时，外电场与内建电场方向一致，使耗尽层进一步加厚。当射线进入耗尽层，损耗的能量产生大量的电子-空穴对，在电场的作用下，分别向两极漂移，引起两极上感应电荷的变化，在输出回路形成脉冲信号。由于耗尽层的厚度很小，因此极间电场很强，电子和空穴的复合概率很小，输出脉冲幅度与射线损耗在耗尽层的能量成正比，所以半导体探测器可用于强度和能量的测量。
半导体探测器根据制造工艺的不同，可分为：①扩散结半导体探测器，如p型Si上扩散一层磷形成p-n结；②面垒型半导体探测器，如n型Si上镀一层Au或p型Si上镀一层Al膜，由于半导体和金属材料中费米能级的不同，在半导体中引起能带变化，具有p-n结的性质，是使用最广的探测器之一；③锂漂移型半导体探测器，主要用于β，X和γ射线的探测；④离子注入型半导体探测器，用约10keV的磷或硼离子分别注入p型或n型Si中，形成p-n结，结区宽度整齐，漏电流小；⑤外延型半导体探测器，利用外延方法形成p-n结，可用于制造全耗尽层ΔE探测器或ΔE-E一体化探测器及位置灵敏探测器，用于粒子鉴别和空间分布测量。
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图7-11 半导体探测器的工作原理图
1—入射粒子；2—p-n结（灵敏区）；3—n型硅；4—p型硅；5—接放大器；R—负载电阻；C输入—输入电容；QQ——耗尽层中产生的电量
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