半导体探测器最新进展概要

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2009 Guidon Performance Solutions,LLC.All rights reserved.Guidon Performance Solutions is a licensee of LeanSigma,a service mark of TBM Consulting Group.,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2009 Guidon Performance Solutions,LLC.All rights reserved.Guidon Performance Solutions is a licensee of LeanSigma,a service mark of TBM Consulting Group.,*,半导体探测器最新进展,核辐射探测器的原理,半导体探测器的发展,半导体探测器的原理,半导体探测器的最新应用,2,核辐射探测的基本原理是,借助粒子,与,宏观物质的相互作用。,一般来讲，粒子（或各种辐射）穿过探测介质时，借助于各种相互作用产生了电荷或光子。电荷借助于电场或磁场而被导向电极收集，光子则借助于各种光学办法接收到光电转换器或接收器上。,一、核辐射探测器原理,3,4,带电粒子,中性粒子,电磁相互作用,转化,电子,离子,可见光,转化为电信号,收集,放大,接收,处理输出,电脑,二、半导体探测器的发展,麦凯首次提出用半导体探测射线（1949）,1956年开始被用作粒子探测,硅P-N结半导体探测器（1960）,硅锂漂移半导体探测器（1960）,锗锂漂移半导体探测器（1962）,高纯锗（HPGe）半导体探测器（70年代）,化合物半导体探测器（90年代末）,迈耶,（1814-1878）,三、半导体探测器的原理,1、P-N结半导体探测器,结合前：,N,区的电子比,P,区多，,P,区的空穴比,N,区多。,结合后：,电子由,N,区向,P,区扩散与空穴复合；空穴由,P,区向,N,区扩散与电子复合。剩下的杂质正负离子形成空间电荷区，其内建电场方向由,N,区指向,P,区，阻止电子、空穴继续扩散。结果形成稳定的PN结,加,反向电压,，N区接正，P区接负，外加电场方向与内建电场方向相同，使,结区宽度增加,。当带电粒子穿过时产生电子空穴对，在高电场下分别向正负电极漂移，产生信号。,应用：带电重粒子测量。,2、锂漂移半导体探测器（x、射线探测）,基体用,P,型半导体，再掺杂，例如掺硼的,Si,或,Ge,单晶。,(1),一端表面蒸,Li,，,Li,离子化为,Li,+,形成,PN,结。,(2),外加电场，使,Li,+,漂移。,Li,+,与受主杂质,(,如,B,-,),中和，形成本征层。,锂漂移型探测器是准本征材料和PN结的组合。,P,N,+,Intrinsic Semi,Front metallization,To positive bias voltage,Front metallization,3、化合物(CdZnTe)半导体探测器(射线),当射线与CdZnTe晶体发生相互作用时，产生的光电子和康普顿电子等带电粒子把CdZnTe化合物半导体满带（价带）中的电子激发到导带，满带出现带正电的载流子空穴，导带出现带负电的载流子电子，即电子空穴对。电子和空穴在探测器两电极上外加电场的作用下向正负电极漂移，在电极上感应出电荷，电荷的积累形成电信号。,4、单光子雪崩光电二极管探测器,雪崩光电二极管（APD）是一种在PN结上进行重掺杂而形成的光电探测器，基于碰撞电离和雪崩倍增的物理机制对光电流进行放大。在反偏压下，APD的PN结区存在强电场，光子入射后激发的自由载流子受到强电场的作用而进行快速漂移，因而具备极高的概率与晶格发生碰撞电离，产生新的电子空穴对，新生的电子空穴对继续碰撞晶格，碰撞电离继续发生，新的电子空穴对也不断产生，PN结内的自由载流子越聚越多，形成雪崩倍增。,单个光子入射到,单光子,雪崩光电二极管,（SPAD）,表面时，通过光电效应激发出一个载流子，进而触发雪崩过程，引起一个非常,大,的雪崩信号，从而,实现,单个光子的探测。,四、半导体探测器的最新应用,1、电荷耦合器件探测器CCD,CCD的结构是在一块硅片上集成很多的MOS(金属氧化物半导体)器件，每个MOS器件类似一个小半导体探测器。,2、像素探测器(Pixel),像素(Pixel)探测器是由许多精心设计非常小的PN 结组成的,它能够非常快的提供信息。每一个小室(cell)都连接它自己的读出电子学,。,3、硅微条探测器,硅微条探测器是在一个n型硅基半导体的表面上附着一条条重掺杂p+型微条，将整个硅基底面做成重掺杂的n+层而制成的。整个硅微条探测器实际上就是一些平行的PN结。,丁肇中先生领导的AMS组,将,磁谱仪AMS(Alpha Magnetic,Spectromenter)送到国际空间站,在宇宙线中寻找反物质和暗物质。AMS 的中间核心部分的多层径迹室都是采用双边读出的硅微条探测器。,2013年4月3日，相关实验论文正式发表,，,根据论文摘要，,在,能量范围0.5 to 350 GeV之间，已收集了大约,六百多万个,正电子与电子,，已观察到超过四十万多个正电子。,谢谢！,内容总结,半导体探测器最新进展。核辐射探测的基本原理是借助粒子与宏观物质的相互作用。一般来讲，粒子（或各种辐射）穿过探测介质时，借助于各种相互作用产生了电荷或光子。电荷借助于电场或磁场而被导向电极收集，光子则借助于各种光学办法接收到光电转换器或接收器上。高纯锗（HPGe）半导体探测器（70年代）。结合后：电子由N区向P区扩散与空穴复合。空穴由P区向N区扩散与电子复合。当带电粒子穿过时产生电子空穴对，在高电场下分别向正负电极漂移，产生信号。2、锂漂移半导体探测器（x、射线探测）。基体用P型半导体，再掺杂，例如掺硼的Si或Ge单晶。(1)一端表面蒸Li，Li离子化为Li+,形成PN结。3、化合物(CdZnTe)半导体探测器(射线)。雪崩光电二极管（APD）是一种在PN结上进行重掺杂而形成的光电探测器，基于碰撞电离和雪崩倍增的物理机制对光电流进行放大。AMS 的中间核心部分的多层径迹室都是采用双边读出的硅微条探测器。谢谢,