Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
16.) Список литературы
1 Калашникова В. И., Козодаев М. С. Детекторы элементарных частиц. Гл. 2,3. M., «Наука», 1966.
2. Векслер В., Грошева Jl., Исаев Б. Ионизационные методы исследования излучений. M., Гостехтеориздат, 1950.
3. Росси Б., Штауб Г. Ионизационные камеры и счетчики. Пер. с англ. M., Изд-во иностр. лит., 1951.
4. Фюнфер Э., Нейерт Г. Счетчики излучений. Пер. с немец. M., Атомиздат, 1961.
ГЛАВА 6
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
§ 6.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДЕТЕКТОРА
Бурное развитие в последние годы полупроводниковых детекторов связано, во-первых, с большим чувствительным объемом (в несколько десятков и даже сотни см3) полупроводниковых детекторов и, во-вторых, с их очень высокой разрешающей способностью (десятые доли процента) при сохранении достаточной эффективности. Полупроводниковые детекторы применяются для регистрации и спектрометрии заряженных частиц, нейтронов и у-квантов.
Подробное описание принципов работы, характеристик отдельных типов детекторов, методов и примеров их применения содержится в монографиях [1—3] и обзоре [4]. Основы теории полупроводников и полупроводниковых приборов можно найти во многих книгах [см., например, [5, 6]).
В первом приближении полупроводниковый детектор можно рассматривать как ионизационную камеру с твердым диэлектриком между электродами*. Часто вместо термина твердотельная камера используют термин счетчик. Так же как и в газонаполненной ионизационной камере при поглощении ионизирующего излучения, в твердотельной камере образуются носители заряда, которые под действием внешнего электрического поля собираются на электродах. Возникающие при этом импульсы тока или напряжения используются для регистрации излучений. Число образовавшихся пар носителей заряда практически зависит только от энергии, потерянной ионизирующей частицей, и не зависит от ее характеристик (заряда, скорости и т. д.). Это обеспечивает характерную для ионизационных камер линейную связь между амплитудой импульса и потерянной в чувствительном объеме детектора энергией для всех видов частиц.
* В этой главе рассматриваются полупроводниковые детекторы, работающие в режиме сбора заряда без усиления, т. е. являющиеся аналогом импульсной иоиизациониой камеры. Существуют полупроводниковые детекторы с внутренним усилением (аналоги пропорционального и газоразрядного счетчиков), но они пока не нашли сколько-нибудь широкого применения, так же как и полупроводниковые детекторы в токовом режиме.
6 За к. 1079
161 Твердотельные камеры обладают несомненными преимуществами перед газонаполненными. Во-первых, в чувствительном объеме этих камер содержится гораздо большая масса вещества, чем в газовом промежутке. Следовательно, в твердотельной камере полностью укладываются пробеги ионизирующих частиц с гораздо большей энергией, чем в газонаполненной. При регистрации у-квантов эффективность твердотельных камер также существенно выше. Весьма важно для у-спектроскопии то, что у-кванты, попадающие в детектор, выбивают электроны преимущественно не из электродов, как это имеет место в газонаполненных ионизационных камерах,
а образуют их в чувствительном Путь заряженной объеме камеры. В то же время
unnmi и / м г 1
при необходимости можно сделать твердотельную камеру с очень малым промежутком между электродами. В таком детекторе поглощается лишь небольшая доля энергии падающих частиц, что позволяет применять его ДЛЯ измерения удельных потерь энергии.
Во-вторых, и это еще более важно, твердотельные камеры имеют существенно лучшее энергетическое и временное разрешение, что связано с иными, чем в газонаполненной камере, процессами образования и движения носителей зарядов.
Чтобы полностью реализовать все потенциальные возможности твердотельных камер из полупроводниковых материалов, необходимо преодолеть некоторые трудности, связанные со свойствами полупроводникового материала, в котором происходит образование и движение носителей заряда.
Для удобства описания физических процессов, происходящих в твердотельных камерах, и формулировки требований к материалу — наполнителю такой камеры, предположим, что камера представляет собой однородный брусок полупроводника и что электрическое поле постоянно во всем его объеме, т. е. камера имеет идеальные электроды, которые нигде не искажают распределение заряда в полупроводнике и не изменяют концентрацию носителей заряда. Схема включения такой камеры приведена на рис. 6.1. Прохождение заряженной частицы вызывает в диэлектрике образование разноименных носителей зарядов (электронов и дырок). Внешнее напряжение V 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 такая камера с твердым наполнителем работала долго, а сигнал, получаемый на ее выходе, был пропорционален энергии, по-
I
металлические контакты
Сигнал
Рис. 6.1. Схема включения полупроводникового детектора
