7.3.1 Полупроводниковые детекторы
Полупроводниковой детектор, схематически показанный на рисунке 7.1, является легированным монокристаллом Si. Si превращается в электронно-чувствительный детектор путем создания р-п перехода под поверхностью Si одним из двух способов. В одном типе детектора, переход создается путем легирования Si (например, методом ионной имплантации n-типа примесных атомов в p-типа Si или наоборот). Это легирование изменяет равновесную концентрацию носителей заряда и создает область в p-n переходе, свободную от большинства носителей, которую мы называем «обедненной областью». Проводящий металлический слой напыленный на обе поверхности обеспечивает омический контакт. Альтернативный тип детектора называют поверхностно барьерным детектором (или диод Шоттки), и изготавливают его путем напыления тонкого слоя золота на поверхность высокоомного n-Si, или напыления Al на p Si. Этот поверхностный слой действует как электрический контакт, а также создает обедненный слой и p-n переход внутри Si.
Когда мы помещаем любой из этих детекторов под пучок электронов с высокой энергией, большая часть энергии пучка передается электронам валентной зоны в Si, которые возбуждаясь, переходят в зону проводимости, тем самым создавая пары электрон-дырка. Наиболее эффективный способ отделить электроны и дырки является приложение внешнего обратного смещения на детектор, то есть, приложение отрицательного смещения на стороне p-перехода и положительного смещения на стороне n-перехода. На практике, однако, при энергиях пучка типичных для ПЭМ, создается так много электрон-дырочных пар, что внешнее смещение обычно не является необходимым, и внутренние смещение p-n перехода достаточно для разделения электронов и дырок. Поскольку подвижность электронов и дырок в Si довольно высока, то время сбора большинства носителей с площади порядка 1 мм2 составляет порядка нескольких наносекунд. Таким образом, полупроводниковый детектор имеет хороший отклик на электрона. Конечным результатом является то, что сигнал от входящих электронов преобразуется в ток во внешней цепи между поверхностными контактами, как показано на поверхностно-барьерном детекторе на рисунке 7.1.
