q = N e = E e/w	(11.9)
Тогда:
Ф = Е e/[w (C + Cм)],	(11.10)

где N – число пар ионов, образующихся при ионизации; е – заряд электрона; Е – энергия частицы.

В зависимости от параметров и технологии изготовления полупроводниковые электронно-дырочные детекторы делятся на поверхностно-барьерные Аu–Si и диффузионные с (р–п)– и (п–р)– переходами соответственно и диффузионно – дрейфовые (р–i–n) – типа.

11.3Поверхностно–барьерные детекторы

Поверхностно-барьерные детекторы изготовляют таким образом, чтобы вблизи поверхности кристалла из кремния или германия сформировался (п–р)– или (р–n)–переход. Это осуществляют двумя основными способами. Во–первых, используют поверхностную диффузию вещества одного типа внутрь кристалла из материала другого типа, например диффузию фосфора в кристаллы кремния р- типа. Во–вторых, можно использовать химические свойства поверхности кремния или германия. Поверхностный слой этих элементов легко окисляется и ведет себя как электронный акцептор (р-слой). Электрический контакт с поверхностным слоем осуществляют с помощью тонкого слоя металла, обычно золота, который наносят на поверхность кристалла испарением в вакууме. Такие золото–кремниевые и золото–германиевые счетчики широко применяют для регистрации и спектрометрии тяжелых заряженных частиц и нейтронов. Золото–кремниевые детекторы используют в условиях комнатной температуры.

11.4Диффузионно-дрейфовые детекторы

Диффузионно-дрейфовые детекторы (р–i–n)-типа с р– проводимостью изготовляют из кремния или германия; используется сначала диффузия, а затем дрейф ионов лития в глубь кристалла при температуре 400° С, при обратном смещении в несколько сот вольт. Атомы располагаются в кристалле в междоузлиях и поэтому имеют очень большой коэффициент диффузии. Под действием электрического поля ионы лития проникают глубоко в кремний или германий и компенсируют акцепторы. Образуется кристалл с

160

компенсированной плотностью примесей, имеющий только собственную проводимость (область с i-проводимостью) и высокое удельное сопротивление (ρ=25 104 Ом см при комнатной температуре).

Литиево–дрейфовые детекторы изготовляют планарные и коаксиальные.

Диффузионно–дрейфовые детекторы отличаются от детекторов поверхностно–барьерных и диффузионных. Они обладают хорошей стабильностью в работе, имеют высокую чувствительность. Планарные литиево–дрейфовые можно изготовить с большой счетной площадью и получить толщину чувствительного слоя до десятков миллиметров. Они имеют однородное электрическое поле U/d в обедненной области, ширина этой области d и, следовательно, емкость С не зависят от приложенного напряжения. Для (р–п) –

	переходов	C	1	, а для (p–i–n) – переходов C f(U) const. В (р–n)–
			U

детекторах обратный ток растет с увеличением напряжения, а в (р–i– n)– детекторах изменяется незначительно, но по абсолютной величине выше, чем в (р–п)– детекторах. Для (p–n)–детекторов обратный ток в основном определяется токами утечки, а для (р–i–п)– детекторов – током от неосновных носителей, генерируемых в обедненной области.

Полупроводниковыми детекторами в сочетании с усилителями с низким уровнем шумов можно измерять плотности потоков тяжелых частиц, электронов и γ–излучения

Для регистрации β– и γ–излучений обычно используют кремниевые детекторы диффузионного и диффузионно-дрейфового типа. По сравнению с поверхностно–барьерными они имеют следующие преимущества: более широкий чувствительный слой, меньшее напряжение питания и более слабую зависимость амплитуды импульсов от последнего, отсутствие контактных шумов. При соответствующей градуировке их можно использовать в качестве дозиметров.

Полупроводниковые детекторы обладают такими ценными качествами, как высокое энергетическое разрешение, достаточно хорошая эффективность регистрации излучения, линейность характеристик в широкой области энергий для различных видов ионизирующего излучения, компактность, простота в изготовлении и обращении. Кроме того, они не требуют высоковольтных источников

161

питания. Кремниевые детекторы нечувствительны к магнитным полям.

Литиево–дрейфовые германиевые детекторы изготовляют с большим чувствительным объемом, достигающим 100 см3. Детекторы этого типа используют в спектрометрии γ-излучения, где они успешно конкурируют со сцинтилляционными спектрометрами, так как отличаются высоким разрешением и чувствительностью. Литиево-дрейфовые германиевые детекторы хранят и эксплуатируют при температуре жидкого азота. Детекторы помещают в специальные криогенные вакуумные камеры–криостаты, в которых поддерживают давление порядка 10-2 Па. Криостаты сочленяют с сосудами Дьюара, содержащими жидкий азот. Измерения проводят при температуре

Т~77°К.

Гамма–спектрометры с германиево–литиевыми детекторами находят все более широкое применение в ядерной энергетике, так как с их помощью по изменению интенсивности γ-линий можно, например, следить за выгоранием твэлов и содержанием радиоактивных веществ в теплоносителе. Непрерывное наблюдение и автоматический контроль за работой ядерного реактора обеспечивают его бесперебойную работу и радиационную безопасность обслуживающего персонала.

162