分液漏斗

[拼音]：bandaoti tanceqi

[外文]：semiconductor detectors

用半導體材料製成的將射線能量轉換成電訊號的射線探測器。它實質上是在一塊半導體材料上設定一個陰極（高摻雜的P+層）和一個陽極（高摻雜的N+層）構成的較大體積的晶體二極體（約0.01～200cm3）。入射粒子進入半導體探測器後，產生空穴-電子對。這些空穴-電子對被探測器兩電極間電場分開，並分別被陰極和陽極收集，產生同射線沉積的能量成正比的輸出脈衝訊號。在半導體（摻雜的矽和鍺）中產生一個空穴－電子對所需的能量約為3eV，因此半導體探測器比閃爍計數器和氣體電離探測器的能量解析度好得多。這是半導體探測器得到蓬勃發展的主要原因。

自1949年K.G.麥凱首次用α 射線照射PN接面二極體觀察到輸出訊號以來，通過不斷改進，陸續有NP結型探測器、金矽面壘型探測器、鋰漂移型探測器、同軸型高純鍺(HPGe)探測器和高阻矽探測器等主要用於能量測量和時間測量的探測器投入使用。此外，為了測量射線的空間分佈，又發展了位置靈敏探測器。

離子注入技術已成功地應用在矽、高純鍺探測器的製造工藝中。由離子注入產生的結不易受環境氣氛影響，電接觸穩定可靠、電阻層均勻、入射視窗薄。已用離子注入技術製出了效能良好的矽帶電粒子探測器、位置靈敏探測器和高純鍺探測器。

NP結型矽探測器

結構如圖1所示。在 P型矽材料中注入或擴散N型雜質磷，在NP結交界處存在一個沒有自由載流子的高阻耗盡區（又叫空間電荷區或靈敏區）。注硼的電極P+為歐姆接觸電極，當在NP結上加反向偏壓時，使空間電荷區的電場強度增強。空間電荷區厚度同(ρV)½成正比，其中ρ是電阻率，V 是外加電壓。至於擴散結探測器，由於擴散時的高溫(800～1000℃)處理會影響探測器效能，探測器死層（不能產生訊號的層）又太厚，所以目前除在特殊場合應用外，它已基本被淘汰。

面壘型探測器

金屬和半導體的功函式（見接觸電現象）不同，當它們接觸時產生接觸電位，從而在半導體記憶體在沒有自由載流子的耗盡層（見半導體物理學），它類似於PN接面。面壘型探測器由一塊 N型材料兩邊分別蒸上金層和鋁層構成，結構如圖2所示。

金矽面壘(SiAu)型探測器主要用於測量帶電粒子的能量。它具有窗薄、能量解析度好(對5MeV的α粒子，能量分辨可達13keV)、線性響應好、時間響應快等優點，是一種常用的探測器，用途較廣。其缺點是對環境條件敏感。若同ΔE 探測器配合， 則可用於粒子鑑別。它還可以同氟化鋰等組成夾心探測器，用於中子測量。

結型探測器或面壘型探測器又可分為全耗盡和部分耗盡兩個型別。

鋰漂移型探測器

鋰在矽或鍺中有低的電離能和高的遷移率，鋰離子半徑(0.6┱)又比鍺、矽的點陣間距小，故可在點陣的間隙位置中存在和擴散，達到補償受主雜質（見半導體物理學）的目的。先在P型（矽、 鍺）材料上擴散鋰，形成NP結。在適當溫度和反向電壓下，使鋰離子沿電場方向漂移，鋰離子運動到受主離子附近，形成離子偶，經過長時間漂移補償成一個對矽為幾毫米、對鍺為1.5～2.0cm的高阻補償區I（又稱本徵區）。

（1）Si(Li)探測器一般有如圖3所列平面型、頂帽型和槽溝型三種結構。由於槽溝型具有良好的耐擊穿電壓特性，是目前主要採用的結構。在室溫下，它主要用來測量質子和β射線;在77K下可用來測1～30keV的X 射線，對55Fe的5.9keV的X射線可得到130eV的解析度；可分開原子序數大於硼的元素。由 Si(Li)半導體探測器組成的X 射線熒光分析儀，已廣泛應用於工業、農業、醫學、考古、礦產、環境和空間等各個科學領域。

（2）Ge(Li)探測器如圖4所示，在結構上可分為平面型和同軸型，同軸型中又分為雙開端型和單開端型。採用同軸圓柱形結構可使探測器做成大的體積。目前同軸型Ge（Li）探測器的體積可達200cm3;單開端型探測器的有效體積大，常用於能譜測量;雙開端型探測器時間效能好，常用於時間譜測量。Ge(Li)探測器測量γ射線能區在60keV到10MeV，在 77K對60Co 1.332MeV的γ射線的能量分辨優於2keV。這種探測器要在液氮中儲存和使用。

自Ge(Li)探測器問世後，已在核能譜領域大大改進了原有的應用γ譜學，並獲得不少新的實驗資料。

高純鍺(HPGe)探測器

是典型的NP結型探測器，工作在全耗盡區，要求施以足夠高的耗盡電壓，才能對空穴-電子對有完全的收集，得到高的能量解析度。其結構也分為平面型和同軸型兩種。

（1）平面型高純鍺探測器是在高純鍺單晶的兩邊分別用鋰擴散得N+層，用離子注入硼或蒸鈀(金)得P+層而構成。可測量5到幾百千電子伏能區的γ和X射線，也適用於測量高能帶電粒子。

（2）同軸型高純鍺探測器分成單開端型和雙開端型。在圓柱形材料中央開孔(直徑6～8mm)，若用P型高純鍺單晶，則將鋰擴散在外側面得N+，硼或鈀表面勢壘制在中心壁上（如圖5a）;而N型則是將鋰擴散在中心壁上得N+層，將硼離子注入在外表面得P+（如圖5b），因此能得到很薄的入射窗，可用於5keV到10MeV能區的 γ射線能量測量。目前好的同軸型高純鍺探測器，靈敏體積可達150cm3左右，在77K下對60Co 1.332MeV 的γ射線能量分辨達1.77keV。高純鍺探測器可以在室溫下儲存，耐中子輻照損傷性好，有取代Ge(Li)探測器的趨向。

位置靈敏探測器

大致可分為二類：

（1）分立型，在矽片的一面縱向蒸上若干條間隔很密的金層帶；另一面同其垂直地蒸上若干條鋁層帶。這種探測器的位置解析度由探測單元的寬度決定(0.2～2mm)，它有較好的能量和時間分辨特性，缺點是所用電子學儀器較複雜。

（2）連續型，它是應用電荷分配原理給出位置資訊。其結構如圖6所示。在N型矽片表面蒸金層做勢壘，後背面蒸一層電阻層或離子注入磷，使其電阻層總電阻值R約為10～20kΩ。這種探測器可做成長50mm，寬8mm，厚100～1000µm，其能量分辨約達35keV，位置分辨0.2～0.5mm。

高阻矽探測器

它也是NP結型探測器，工作在全耗盡狀態。用高阻P型矽單晶(電阻率40～80kΩ·cm)，在它的兩邊蒸上無定形鍺，然後在它的一面蒸鋁層，在另一面蒸金層，或在矽的一面先蒸無定形鍺後蒸鋁層，在另一面蒸金層，如圖7所示。已做成的P型高阻矽探測器，用來測量207Bi(1063.4keV)的K電子譜，在77K，能量分辨為 1.9keV；用中子摻雜得到的20kΩ·cm的N型矽，做成 0.8mm厚的探測器，對207Am在5.48MeV的α 射線，在室溫能量分辨為15keV；做成3mm厚，150mm2面積的探測器，對207Bi(975kev)的K電子譜，在室溫，能量分辨為15keV，在77K能量分辨達1.9keV，已接近普通Si(Au)探測器及Si(Li)探測器水平。