Detector Bán Dẫn [PDF]

Zitiervorschau

]
  %Phan Thӏ Thi %Phҥm Thӏ Thêu %HuǤnh Ngӑc Trâm %NguyӉn Ngӑc Lâm |

6


{iӟi thiӋu vӅ chҩt bán dүn

II.

Sӱ dөng chҩt bán dүn làm detector

III. Các quá trình xҧy ra khi hҥt tích điӋn đi vào detector IV.

Các đһc tính hoҥt đӝng cӫa detector bán dүn

V.

Mӝt sӕ loҥi detector bán dүn

VI. Mӝt sôғ hêҕ đo dùng detector bán dүn å

6
   
   6 
    % Các chҩt bán dүn thông thưӡng như silic(Si), germani ({e) có 4 electron hóa trӏ . % =>tҥo nên cҩu trúc mҥng tinh thӇ. % Mӝt nguyên tӱ liên kӃt vӟi 4 nguyên tӱ bên cҥnh bҵng liên kӃt cӝng hóa trӏ. 

6 
    % Theo lyғ thuyӃt vùng năng lưӧng, các e- hóa trӏ chiӃm đҫy các mӭc năng lưӧng trong vùng hóa trӏ, vùng dүn không có electron



6 
    Vùng dүn vaҒ vùng hóa trӏ cách nhau bӣi vùng cҩm có đôҕ rӝng năng lưӧng là Eg (Si( 1eV))

o chuyӇn đӝng nhiӋt các e- hóa trӏ có thêѴ nhҧy lên vùng dүn vaҒ trӣ thành e- tưҕ do, e- này tham gia quá trính dүn điӋn, đӗng thӡi đêѴ lҥi lӛ trӕng trong vùng hóa trӏ

6

6 
   

% ö trҥng thái cân bҵng nhiӋt sӕ e- bҵng sôғ lô trӕng % NӃu  là mұt đôҕ tұp trung e-(lӛ trӕng) thiҒ ta có:

Vӟi Nc: sӕ trҥng thái trong vùng dүn Nv: sӕғ trҥng thái trong vùng hóa trӏ Eg: năng lưӧng vùng cҩm È

I.1 Chҩt bán dүn % Vì mұt đôҕ dòng J=Å nên mұt đôҕ dòng trong bán dүn tinh khiӃt đưӧc cho bӣi Mһt khác ta lҥi có : Vì vұy ta đưӧc: Đôҕ dүn điӋn


% Trong đoғ E: cưӡng đôҕ điӋn trưӡng !: đôҕ linh đӝng cӫa hҥt tҧi cơ bҧn % Đӕi vӟi tinh thêѴ tinh khiӃt lyғ tưӣng thiҒ
f tҥi =f % Tәng cӫa n vaҒ p là

ë

6 
    % Tùy loҥi tҥp chҩt pha vào mà ta tҥo thành hai loҥi bán dүn, hoһc là e- tưҕ do chiӃm ưu thêғ hoһc lô trӕng chiӃm ưu thêғ

% Tӯ đó, ta phân chia chҩt bán dүn ra thành hai loҥi theo thành phҫn hҥt tҧi cơ bҧn là e- hay lô trӕng tương ӭng vӟi bán dүn loҥi n hay p

6
    
  


   


   ð

6
    

 % Đӕi vӟi chҩt bán dүn loҥi n, thì thӯa lҥi mӝt e- liên kӃt yӃu vӟi nguyên tưѴ hình thành mӭc tҥp chҩt ӣ đӍnh vùng cҩm % Còn bán dүn p, thì thiӃu e- nên đêѴ lҥi mӝt lӛ trӕng

% Thành phҫn tҧi điӋn cӫa loҥi n là e- tưҕ do trong vùng dүn 5 tҥp chҩt donor % o Silic phҧi nhưӡng e- 5 ion mang điӋn tích âm 5 mӭc acceptor |

66

        

66 
   

||

66

        

66 
    % Đưa bán dүn loҥi n và loҥi p tiӃp xúc nhau,có sӵ chênh lӋch vӅ lӛ trӕng và electron tҥi lӟp tiӃp xúc =>e sӁ khuӃch tán tӯ lӟp n sang p và lӛ trӕng khuӃch tán tӯ p sang n % Sau mӝt thӡi gian tҥi lӟp tiӃp xúc hình thành mӝt điӋn trưӡng tiӃp xúc % ĐӃn mӝt lúc nào đoғ, trҥng thái cân bҵng đưӧc thiӃt lұp, mӝt vùng rҩt mӓng không có các hҥt tҧi5 vùng nghèo % Thêғ tiӃp xúc tҥi vùng này khoҧng f.6 ‘ f.7 V |


66
      

%®hi áp vào mӝt hiӋu thêғ ngưӧc 5 tҥo ra mӝt điӋn trưӡng hưӟng tưҒ n sang p %ưӟi tác dөng cӫa điӋn trưӡng ngoài, các hҥt tҧi đưӧc kéo ra xa vùng tiӃp xúc, vùng nghèo đưӧc mӣ rӝng | %HiӋu thêғ ngưӧc càng cao 5 vùng nghèo càng rӝng

66 
     !"
     

% Vùng nghèo có vai trò rҩt quan trӑng đӕi vӟi detector bán dүn % Đây là vùng hoҥt đӝng chính cӫa detector % Vùng mà lӟp tiӃp xúc p-n đưӧc mơѴ rӝng ra thiҒ rҩt nhҥy đӕi vӟi bӭc xaҕ là hҥt mang điӋn 5 vùng nhҥy % Đôҕ rӝng vùng nghèo Ö phuҕ thuӝc vào hiӋu thêғ phân cӵc |

66 
#     !"
      % VaҒ đôҕ rӝng vùng nghèo đưӧc tính theo công thӭc Possion

|6

66 
#     !"
      % Ngoài ra, điӋn trơѴ suҩt cӫa chҩt bán dүn còn đưӧc cho bӣi:

% o đoғ ta có thêѴ viӃt lҥi công thӭc (6):

% Như ta đa có:

% Mһt khác mұt đôҕ điӋn dương vaҒ âm phҧi bҵng nhau

|È

66 
#    
!"
      % ¿ҵng cách thêғ các giaғ trӏ % Đӕi vӟi Silic

% Đӕi vӟi {ermani

|ë

666

(
 )*  +          % ®hi mӝt bӭc xҥ ion hóa đi vào detector bán dүn, chúng sӁ tương tác lên các electron và bӭt electron ra khӓi liên kӃt cӝng hóa trӏ. % Các electron này chuyӇn lên vùng dүn và trӣ thành các electron tӵ do, đӗng thӡi đӇ lҥi lӛ trӕng mang điӋn tích dương trong vùng hóa trӏ. % Các cһp electron lӛ trӕng đưӧc tҥo ra trong vùng nghèo dӑc theo quӻ đҥo cӫa bӭc xҥ tӟi. % Chúng sӁ đưӧc kéo vӅ hai điӋn cӵc bӣi điӋn trưӡng do hiӋu điӋn thӇ ngưӧc áp vào detector. ®hi đó ӣ mһt ngoài xuҩt hiӋn mӝt tín hiӋu điӋn. Xung điӋn thӃ này đưӧc ghi nhұn ӣ lӕi ra bӣi hӋ điӋn tӱ % Đo và khҧo sát xung tín hiӋu ra biӃt đưӧc thông tin vӅ bӭc xҥ |

666

(
 )*  +          666 
"
 ,  
       
 

% Ta gӑi w là năng lưӧng cӫa bӭc xaҕ ion hóa mҩt đi trong chҩt bán dүn đêѴ tҥo cһp e- vaҒ lӛ trӕng % Năng lưӧng này lӟn hơn năng lưӧng cҫn thiӃt đӇ tҥo ra cһp electron- lӛ trӕng % Sӕ cһp electron- lӛ trӕng đưӧc tҥo ra do bӭc xҥ ion hóa có năng lưӧng E là: n=E/w % {iaғ trӏ wSi(8f®)=3.72 eV là hҵng sôғ không phuҕ thuӝc vào năng lưӧng cӫa bӭc xaҕ tӟi |ð

666
- .  ! % Sưҕ bҳt điӋn tích trong bán dүn xҧy ra khi hҥt tҧi bӏ giư lҥi tҥi mӭc tҥp chҩt hoһc tҥi tâm sai hӓng cӫa mҥng tinh thêѴ % Đưa ra thӡi gian sӕng trung bình: % Thӡi gian trung bình cӫa hҥt bӏ giam trong bүy: % HiӋu suҩt thu tích điӋn:


666 
- .   / % o khҧ năng ion hóa cӫa các hҥt nһng cao nên mұt đôҕ các cһp e- vaҒ lô trӕng đưӧc tҥo ra cao 5 đám mây các điӋn tích tưҕ do dày đһc ¥làm chұm quá trình chuyӇn dӏch điӋn tích vêҒ các cӵc % HiӋu ӭng này làm kéo dài thӡi gian tưҒ lúc tҥo ra hҥt tҧi đӃn lúc bҳt đҫu tăng xung 5 tăng khaѴ năng tái hӧp cӫa hҥt tҧi
|

6#
 , 

   1   
 

1. Cưӡng đôҕ điӋn trưӡng vaҒ hiӋu thêғ làm viӋc 2. Thӡi gian tăng xung 3. Đôҕ phân giҧi năng lưӧng 4. Chuҭn năng lưӧng 5. Lӟp chӃt cӫa detector 6. Sưҕ suy giҧm phҭm chҩt cӫa detector đo bӭc xaҕ





#
4 /!5
   
  # 
7  
   +  

% Mӝt phương pháp phôѴ biӃn đêѴ tҥo nên detector bán dүn là đһt mӝt thanh bán dүn loҥi p trong hơi tҥp chҩt loҥi n 5 chuyӇn chҩt bán dүn loҥi n thành p 5 mӕi nӕi bêҒ mһt % Vì nӗng đôҕ tҥp chҩt loҥi n lӟn hơn so vӟi loҥi p 5 vùng nghèo chuѴ yӃu nҵm tҥi vùng p 5 bӅҒ mһt nҵm ngoài hình thành nên lӟp chӃt 5 bҩt lӧi cho hҥt tҧi do mҩt đi mӝt phҫn năng lưӧng trưӟc khi đӃn vùng nghèo % Óu điӇm cӫa loҥi khuӃch tán ¿Ӆn Ít xuҩt hiӋn các hiӋu ӭng xҩu do sưҕ tích tө chҩt bҭn

#
7  
   , % TưҒ thanh bán dүn loҥi n, ta tҥo nên mӝt lӟp vұt liӋu có tính chҩt giӕng bán dүn loҥi p % Các vұt liӋu này có nӗng đôҕ bүy e- cao 5 lӟp tiӃp xúc loҥi này giӕng vӟi sưҕ hình thành lӟp tiӃp xúc p-n % Nhưӧc điӇm:điӋn dung lӟn, nhҥy vӟi ánh sáng, dӉ bӏ hư hҥi bӣi hơi ҭm hay tiӃp xúc cơ hӑc vӟi bêҒ mһt




# 
7  
       % ®hi tăng điӋn thêғ phân cӵc ngưӧc, vùng nghèo cӫa detector sӁ đưӧc mơѴ rӝng và mӣ rӝng toàn khӕi bán dүn khi điӋn thӃ đӫ lӟn % Hình thành detector vùng nghèo hoàn toàn


6

# 
7  
       Óu điӇm cӫa detector vùng nghèo hoàn toàn: % Lӟp chӃt mӓng % Có thêѴ ghi bӭc xaҕ tưҒ hai mһt cӫa detector % {iҧm nhiӉu vaҒ dòng roҒ nhoѴ do không còn vùng bán dүn nӅn nҵm ngoài vùng nghèo % Đôҕ phân giҧi thӡi gian cao do điӋn trưӡng có giaғ trӏ lӟn trong khҳp vùng nghèo % Đôҕ әn đӏnh cao do đôҕ rӝng vùng nghèo không phuҕ thuӝc vào điӋn thêғ phân cӵc
È

# 8
7  
  / ĐӇ đo bӭc xҥ gamma dùng detector có đӝ rӝng vùng nghèo và thӇ tích vùng hoҥt lӟn etector do gamma phә biӃn là HP{e( có 2 cҩu hình)


    



ë

# 8
7  
  /

w
     



#6
4 /!5
#"
    
 


ð

#6
4 /!5
#"
    
 



#6
4 /!5
#"
    
 

|

#6
4 /!5
#"
    
 




#6
4 /!5
#"
    
  ˜