Твёрдотельные, полупроводниковые детекторы, страница 5

Флюктуации числа образованных пар носителей.При отсутствии потерь носителей при их движении к электродам среднее число собранных пар Ν=E/ω. Если процесс образования пар носителей описывается распределением Пуассона, то σ =. Однако в полупроводнике не вся энергия идёт на образование носителей, поэтому процесс не описывается распределением Пуассона. Отклонение от этого учитываются множителем F и тогда σ =ω. Для германия и кремния  множитель Фано лежит в интервале 0,1-0,3.

Влияние шумов на разрешение. Тепловые шумы вызываются флюктуациями скорости теплового движения носителей, приводящими к неоднородному распределению носителей в полупроводнике. Они существуют в любом полупроводнике с током и без него Тепловые шумы проявляются ,как флюктуации напряжений Тепловые шумы распределены равномерно в полосе частот от 0 до ,их величина пропорциональна сопротивлению и температуре полупроводника.

Среднеквадратичное отклонение связанное с температурой =ω/e,отсутствие в выражении величины сопротивления связано с тем ,что цепь RC действует как фильтр, выделяя из непрерывного спектра некоторый ограниченный интервал. Фильтр тем уже, чем меньше ёмкость. Очевидно, для снижения уровня теплового шума  нужно либо охлаждать детектор, или уменьшать его ёмкость.

 Другим источником шумовых сигналов являются обратные токи через переход( диффузионные и генерационные токи. Основной вклад в объёмный ток утечки даёт ток генерации.

Флюктуации числа собранных носителей.Сбор  носителей никогда не бывает полным из за конечного времени жизни носителей. Они могут исчезнуть в результате рекомбинации или могут быть захвачены ловушками,  а затем покидать их и снова принимать участие в проводимости. Если постоянная времени входа усилителя меньше среднего времени удержания носителей в ловушках, то возникнут дополнительные флюктуации величины сигнала.Флюктуации возникают так же из-за неоднородных свойств полупроводникового кристалла, разницей в эффективности сбора носителей.

Энергетическое разрешение кроме перечисленных причин зависит так же от шумов усилителя, от нестабильности усилителя, от наложения импульсов друг на друга при больших скоростях счёта и др..

Временное разрешение.

Временная разрешающая способность определяется зависимостью изменения амплитуды сигнала от времени при поступлении на вход прибора отдельного кванта излучения. Анализируя форму импульса так же как для ионизационной газовой камеры и счётчиков можно оценить этот важный параметр. Форма импульса зависит от  начального пространственного распределения пар носителей, от энергии кванта, толщины чувствительной области, числа и свойств ловушек и от подвижности носителей. Расчёт может быть проведён для идеализированного детектора, в котором нет захвата ловушками, рекомбинации, напряжённость электрического поля известным образом зависит только от одной координаты и т. д.

Рис.4-9. Зависимость напряжения на выходе p-i­n детектора при движении одной пары носителей.

Не приводя вычислений, сошлёмся на  рис. 4-6 , где для детектора с , p-i-n -переходом показан рассчитанный вид напряжения на выходе при движении пары носителей. Сигнал от каждого типа носителей пропорционален пути, пройденному данным носителем в чувствительном объёме. Различие в форме импульса в ППД и газовом счётчике связано с тем, что в ППД подвижность положительных и отрицательных носителей отличается всего в несколько раз, в то время как в газе скорость дрейфа ионов м электронов различаются на три порядка. Это в частности объясняет отсутствие в ППД индукционного эффекта, то есть зависимости амплитуды сигнала от места образования носителей.