半导体探测器原理和性能以及碲锌镉探测器原理

RHole十3 二£ ~ Pulse 图 2.1.1-1 半导体探测器的工作原理半导体探测器原理和性能以及碲锌镉探测器原理2.1 基本半导体探测器原理2.1.1 基本半导体探测器原理如图 2.1.1 所示，半导体探测器有两个电极，并且在两个电极上加有偏压。当入射粒子进入半导体探测器的灵敏区时，粒子与晶体发生相互作用产生电子空穴对。在外电压的的驱动下，电子空穴对分别向两级做漂移运动，从而在收集电极上产生感应电荷。产生的感应电荷将在外电路上产生脉冲信号［5］。2.1.2 基本半导体探测器性能半导体探测器的主要优点［5］：（1）具有很高的能量分辨率。电离辐射在半导体介质中产生一对电子-空穴对平均所需能量大约为在气体中产生一对离子所需要能量的十分之一，即：同样能量的带电粒子在半导体中产生的离子对数要比在空气中产生的大约多一个数量级，因此电荷数的相对统计涨落也就小很多，所以半导体探测器的能量分辨率很高。（2）具有极高的空间分辨率和快时间响应特性。由于半导体晶体密度远大于空气的密度，所以粒子在半导体中产生的电离密度大约是在一个大气压的气体中产生的 1000 倍，因此当测量具有较高能量的电子或 Y 射线时气体探测器的尺寸要比半导体探测器的尺寸大很多，因而半导体探测器具有高空间分辨率和快时间响应的特性。（3）测量电离辐射的能量时，线EY 射E光电原图 2.2.1-1 光电效应过程示意图性范围很宽。半导体探测器的主要缺点：（1）半导体材料在受到强辐照后性能就会变差。因此半导体探测器对辐射损伤较灵敏。（2）有些半导体探测器对工作环境的条件要求比较苛刻，需要在低温条件下工作，甚至需要在低温下保存，使用很不方便。2.2 伽马射线与半导体探测器的相互作用2.2.1 光电效应光电效应［6］是具有一定波长的伽马光子将自身的能量全部转移给靶物质中原子的束缚电子，导致束缚电子发射出去变为自由电子，而伽马光子自身消失的过程，如图 221 所示。而发射出去的电子称为光电子。伽马光子被吸收的能量并不是全部转化为了光电子的动能，其中有一部分能量转化为了电子脱离原子束缚所需要的电离能。发生光电效应的概率与靶物质的原子序数以及束缚电子所在的壳层有关。实验表明光电子的方向时随机的。2.2.2 康普顿效应康普顿效应又称康普顿散射［7］，它是由于伽马光子与靶物质原子的核外电子发生了非弹性碰撞，伽马光子将自身的能量一部分转移给了靶原子的核外电子，使电子反冲出靶物质，该电子称为反冲电子，而光子...