半导体探测器性质及放射性监测分析

1.结区宽度

p-n结区的宽度d为

式中ε为介质的介电常数，V为外加偏压，ρx为x型（x=n或p，n指电子，p指空穴）半导体的电阻率，μx为室温下多数载流子的漂移率。取μn=1450cm·V-1·s-1，μp=450cm·V-1·s-1，ε=12，电阻率用Ω·cm表示，电压用V表示，则dn和dp为

dn=5.3×10-5（ρnV）1/2（cm）

dp=3.2×10-5（ρnV）1/2（cm）

由此可见，半导体探测器的结区宽度正比于（ρV）1/2。用半导体探测器测量带电粒子的能量时，必须使结区宽度大于入射粒子在半导体材料中的射程，以保证粒子的能量全部损耗在耗尽层内，适当选取材料的电阻率及调整探测器所加偏压，可控制结区宽度。典型的p-n结Si半导体探测器的ρ=104Ω·cm，V=200V，由此算得d≈0.045cm（n型基质）或0.075cm（p型基质），这样的厚度可以满足低能β粒子、质子和中低能α粒子的探测。

2.结电容

半导体探测器实际上相当于一个介电常数为ε的平行板固体电离室，因此具有一定的电容。探测器所加电压变化时，结区宽度也随之变化，所以，半导体探测器的结电容也随之变化。将结电容视为平行板电容器，其电容为(www.xing528.com)

式中S为灵敏区面积（cm2）。将dn＝5.3×10－5（ρnV）1/2（cm）和dp＝3.2×10－5（ρnV）1/2（cm）代入可得n型Si基体半导体探测器的结电容为

Cd＝2.1×104（ρV）－1/2S（pF）

p型Si基体半导体探测器的结电容为

Cd＝3.5×104（ρV）－1/2S（pF）

3.反向电流

半导体探测器的反向电流是影响探测器能量分辨本领的重要因素。反向电流的来源主要有：①热激发在结区内部产生的体电流，其值为μA级。体电流与（ρV）1/2成正比，降温可降低本征载流子的浓度，因而可有效地降低体电流。②少数载流予的扩散电流。少数载流子指p区的电子和n区的空穴，它们在电场作用下向结区扩散形成扩散电流。由于少数载流子浓度极低，所以扩散电流非常小。③表面漏电流和局部漏电流。这些漏电流与半导体探测器的制造工艺有关，表面的离子污染、真空泵油的污染、指纹、水汽分子等都可以导致表面漏电；p-n结的不整齐，可造成局部漏电流。

一般来说，当外加反向偏压为100V时，一个好的半导体探测器的反向电流不超过1μA。