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 Омсм. 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.

Далее
  • Полное содержание
  • Краткая теория
  • Выполнение работы
  • Контрольные вопросы
  • Библиографический список