半导体探测器的响应

半导体辐射探测器类似于晶体管，如页边图8-21所示。P-型区由半导体元素(例如，锗或硅)组成，掺入带有较少价电子的电子受主杂质。例如，p-型半导体可以通过将三价硼、铟或镓掺入四价锗中得到。n-型区由掺有诸如锑或锂的电子施主杂质的锗组成。电子由n-型区流向p-型区，在穿越两个区域的交汇处建立起一个电场。交汇处附近的区域称为耗尽区，施加穿越该区域的反向偏置电压(正电压加到n-型区，负电压加到p-型区)可以增加其宽度。耗尽区的宽度也可以通过产生Ge(Li)或Si(Li)探测器的叫做锂漂移的过程来增加。

如果一个带电粒子或X-线或γ-线在耗尽区内损失能量，电子就会从价带上升到导带，在那里电子可以迁移到正极(n-型区)。在价带中，电子通过跳跃到释放电子所留下的空穴，从而移动到更靠近正极端。其他电子填充跳跃电子所留下的空穴。以这种方式，空穴就像带正电的粒子一样朝向负极端迁移。在价带中正空穴的迁移形成一个电流，该电流类似于导带中电子移动到正极端所形成的电流。事实上，从价带释放的电子与留在后面的空穴一起，形成了导体探测器的离子对。

如果将一电位差加到纯半导体上，即使该半导体没有暴露在电离辐射中也会产生电流。这个电流是以下电流的和: (1)体电流，它取决于半导体的电阻以及由热激发产生的电子—空穴对的数目。(2)由半导体表面上电荷泄漏引起的电流。这些电流与在辐射探测器中发生互相作用所产生的识别信号发生干涉。体电流由于上述的p-n结而减少，这样的电流屏障在半导体辐射探测器中是需要的。室温下，p-n结将硅中的体电流减少到一个可接受的水平。然而，即使有p-n结，锗探测器中的体电流在室温下也是很大的。因此，锗半导体探测器必须在降低的温度下工作。锗探测器通常被安装在低温保持器中，并将温度维持在液氮的温度下( -190℃)。为了构造探测器，通过特殊的技术减少了锗和硅中的表面漏电流。

来自半导体探测器电压脉冲的大小V等于电极收集的电量Q除以耗尽区的电容C。电量Q等于Ne，N是所产生的电子-空穴对的数目，e是电子电荷。也就是说，电压脉冲的大小与入射辐射在探测器中损失的能量成正比。脉冲的大小并不取决于辐射的比电离，这是因为离子对立即被一扫而空，不可能复合。因此，探测器的响应取决于沉积在探测器中的能量，而不取决于沉积能量的辐射类型。

对于半导体件探测器而言，一个1Me Vα粒子产生的脉冲的%σ/N是0．18。对于充气探测器而言，%σ/N是0.58。因此，半导体探测器在吸收给定量的能量后产生的脉冲高度范围比充气电离室的更窄，半导体探测器的能量分辨率更好。类似的分析也适用于半导体探测器和闪烁探测器的比较。通常，半导体探测器可获得的最大分辨率受前置放大器的限制，而不是受该探测器的限制。