Детекторов

Действие ППД аналогично действию ионизационных камер. Ионизирующая частица, попавшая в детектор, создает пары свободных носителей – электрон–дырка, которые собираются электрическим полем, приложенным к электродам детектора. Величина соответствующего электрического импульса пропорциональна энергии, потерянной частицей или γ -квантом в детекторе.

ППД детекторы имеют ряд существенных преимуществ перед ионизационными камерами:

· энергия, необходимая для получения одной пары носителей в детекторе, гораздо меньше (2, 96 эВ в Ge и 3, 66 эВ в Si), чем в газах, заполняющих камеры (~30–36 эВ). Поэтому число образовавшихся пар в детекторе соответственно больше и оно меньше подвержено статистическим флуктуациям;

· плотность материала и атомный номер среды ППД гораздо больше, чем плотность газов, заполняющих ионизационные камеры. У кристаллов кремния плотность 2, 3 г/см³, Z = 14, а у германия 5, 3 г/см³, Z = 32;

· время нарастания электрического импульса в ППД значительно меньше, чем в ионизационных камерах, так как подвижность носителей в полупроводнике гораздо больше, чем подвижность ионов и электронов в камерах.

В ППД в отсутствии высокого напряжения на границе p-n -переходов, т.е. материалов с разным типом проводимости, благодаря диффузии носителей заряда из одной области в другую, образуются два слоя противоположных по знаку зарядов. Между p - и n -областями образуется двойной электрический слой, который создает электрический потенциал, препятствующий проникновению носителей из одной области в другую. Образование слоев зарядов приводит к появлению между ними особой области, для которой характерна малая концентрация не основных носителей заряда – обедненная область и наличие потенциального барьера (рис. 5.12, а).

Рис. 5.12. Схема образования обедненной области и ее увеличение при обратном включении напряжения

Рис. 5.13. Принцип работы ППД с p-n-переходом

Если к p-n -переходу приложить электрическое напряжение в обратном включении (минус к p -области, а плюс к n -области), то заряженные слои будут удаляться друг от друга, и обедненная область будет расширяться (рис. 5.12, б). При определенном напряжении обедненная область может быть растянута на весь объем полупроводникового детектора.

При попадании заряженной частицы в такой детектор вдоль ее трека будут образовываться пары электрон–дырка за счет ионизации объема детектора (рис. 5.13). В зоне проводимости появляются электроны, а в валентной зоне – дырки. Под действием напряжения, приложенного к нанесенным на поверхность чувствительной зоны электродам, возникает движение электронов и дырок и формируется импульс тока на выходе детектора, пропорциональный энергии зарегистрированной частицы.