半导体探测器介绍

电离辐射探测物理学中的半导体探测器是一种使用半导体（通常是硅或锗）来测量入射带电粒子或光子影响的辐射探测器。半导体探测器发现较晚，1949年麦凯（K.G.McKay）首次用α 射线照射PN结二极管观察到输出信号。50年代初由于晶体管问世后，晶体管电子学的发展促进了半导体技术的发展。半导体探测器在辐射防护、伽马和X射线光谱以及粒子探测器方面有着广泛的应用。

在半导体探测器中，电离辐射是通过布置在两个电极之间的探测器材料中释放的电荷载流子的数量来测量的。电离辐射产生自由电子和电子空穴，电子-空穴对的数量与入射到半导体的能量成比例。许多电子从价带转移到导带，并且在价带中产生相等数量的空穴，在电场的影响下，电子和空穴到达电极，在那里它们产生一个可以在外部电路中测量的脉冲，正如Shockley-Ramo定理所描述的。由于产生电子空穴对所需的能量是已知的，并且与入射辐射的能量无关，因此测量电子空穴对的数量可以获得入射辐射对的能量。与在气体探测器中产生成对离子所需的能量相比，产生电子空穴对所需的能量非常低。 因此，在半导体探测器中，脉冲高度的统计变化更小并且能量分辨率更高。 由于电子行进速度很快，时间分辨率也非常好，并且取决于上升时间。与气态电离探测器相比，半导体探测器的密度非常高，高能量的带电粒子可以在相对较小尺寸的半导体中释放出能量。

通常使用的半导体探测器主要有结型、面垒型、锂漂移型和高纯锗等几种类型（下图由左至右）。金硅面垒型探测器1958年首次出现，锂漂移型探测器60年代初研制成功，同轴型高纯锗(HPGe)探测器和高阻硅探测器等主要用于能量测量和时间的探测器陆续投入使用，半导体探测器得到迅速的发展和广泛应用。