半导体探测器工作原理

多数载流子扩散，空间电荷形成内电场并形成结区。结区内存在着势垒，结区又称为势垒区。势垒区内为耗尽层，无载流子存在，实现高电阻率，远高于本征电阻率 。

在P-N结上加反向电压，由于结区电阻率很高，电位差几乎都降在结区。

反向电压形成的电场与内电场方向一致。

在外加反向电压时的反向电流：

少子的扩散电流，结区面积不变，I_S 不变；

结区体积加大，热运动产生电子空穴多，I_G 增大；

反向电压产生漏电流 IL ，主要是表面漏电流。

半导体探测器P-N结半导体探测器的类型

扩散结(Diffused Junction)型探测器

采用扩散工艺——高温扩散或离子注入 ；材料一般选用P型高阻硅，电阻率为1000；在电极引出时一定要保证为欧姆接触，以防止形成另外的结。

金硅面垒(Surface Barrier)探测器

一般用N型高阻硅，表面蒸金50～100μg/cm² 氧化形成P型硅，而形成P-N结。工艺成熟、简单、价廉。

半导体探测器存在的矛盾

由于一般半导体材料的杂质浓度和外加高压的限制，耗尽层厚度为1～2mm。 对强穿透能力的辐射而言，探测效率受很大的局限。

P-N结的单向导电性

利用二极管实现逻辑电路主要是利用了二极管的单向导电性，二极管之所以具有单向导电性，是因为制作二极管的半导体中P-N结的作用，下面首先对P-N结做一些介绍。

P-N结是在一块半导体中，掺入施主（如硅元素）杂质，使其中一部分成为N型半导体。其余部分掺入受主杂质（如硼元素）而成为P型半导体，当P型半导体和N型半导体这两个区域共处一体时，这两个区域之间的交界层就是P-N结。P-N结很薄，结中电子和空穴都很少，但在靠近N型一边有带正电荷的离子，靠近P型一边有带负电荷的离子。这是因为，在P型区中空穴的浓度大，在N型区中电子的浓度大，所以把它们结合在一起时，在它们交界的地方便要发生电子和空穴的扩散运动.由于P区有大量可以移动的空穴，N区几乎没有空穴，空穴就要由P区向N区扩散。同样N区有大量的自由电子，P区几乎没有电子，所以电子就要由N区向P区扩散.随着扩散的进行，P区空穴减少，出现了一层带负电的粒子区；N区电子减少，出现了一层带正电的粒子区。结果在P-N结的边界附近形成了一个空间电荷区，P型区一边带负电荷的离子，N型区一边带正电荷的离子，因而在结中形成了很强的局部电场，方向由N区指向P区。当结上加正向电压（即P区加电源正极，N区加电源负极如图1）时，这时电场减弱，N区中的电子和P区中的空穴都容易通过，因而电流较大;当外加电压相反（图2）时，则这时电场增强，只有原N区中的少数空穴和P区中的少数电子能够通过，因而电流很小。这就是P-N结的单向导电性 。

图1

图2

二极管的单向导电性

二极管多用半导体材料制成，由于其中P-N结单向导电性的作用，故二极管具有单向导电性。

（1）正向特性

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为 0.3V，硅管约为 0.7V），称为二极管的“正向压降”。二极管正向导通电压很低与高电压相比可以近似认为为零。如图6。

（2）反向特性

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。