Полупроводниковый детектор
Регистрация -частиц в данной работе осуществляется с помощью полупроводникового
детектора и сводится к измерению импульсов напряжения, возникающих в результате
возрастания проводимости кристалла под действием поступающих в него заряженных
частиц.
Рис. 9. Схема
включения полупроводникового счетчика
Схема включения
такого счетчика приведена на рис. 9.
Прохождение частицы вызывает в полупроводнике образование разноименных
носителей зарядов (электронов и дырок). Внешнее напряжение создает внутри кристалла электрическое поле. Электроны и дырки
движутся под действием этого поля к электродам. По мере того, как носители
смещаются, они индуцируют на электродах заряд, пропорциональный пройденной ими
разности потенциалов. Для того, чтобы такой кристалл работал долго, а сигнал,
получаемый на его выходе, был пропорционален энергии, потерянной заряженной
частицей в чувствительном объеме детектора, и, наконец, протяженность сигнала
во времени была небольшой, материал счетчика должен характеризоваться:
– малой величиной средней энергии, расходуемой
заряженной частицей для создания одной
пары носителей заряда;
– отсутствием рекомбинации и захвата
носителей;
– большой
подвижностью носителей обоих знаков;
– большим
удельным сопротивлением.
Лучше всего
удовлетворяют всем перечисленным требованиям полупроводниковые материалы – кристаллические
германий и кремний, хотя их удельное сопротивление недостаточно велико, порядка
10 кОмсм для кремния, а для германия еще меньше – 100 Ом
см. Приходится прибегать к специальным мерам, повышающим
сопротивление, например, добавляя специальные примеси или охлаждая кристалл до
низкой температуры, порядка температуры жидкого азота.
В среднем
для создания одной электронно-дырочной пары необходимо затратить 3,5 эВ
энергии, потерянной падающей тяжелой частицей в кремнии, и около 3,0 эВ в германии.
Эти величины примерно в 3 раза больше ширины запрещенной зоны, по-видимому,
дополнительная энергия тратится на возбуждение колебаний решетки (фононов).
Небольшое
значение энергии, необходимой на образование электронно-дырочной пары (примерно
в 10 раз меньше, чем на образование ион-электронной пары в газе), означает, что
при прочих равных условиях амплитуда сигнала от полупроводникового счетчика в
10 раз больше амплитуды сигнала от ионизационной камеры. Приблизительно на
порядок меньше и дисперсия амплитудного распределения импульсов, а значит,
лучше и энергетическое разрешение.