Твёрдотельные, полупроводниковые детекторы, страница 6

На рис 4-7  показана временная зависимость напряжения на детекторе для р-п перехода. Видно, что  импульс напряжения  не линейно зависит от времени в отличии от р-1-п перехода.

Рис.4-10  Зависимость напряжения от времени для детектора с p­n -переходом

В обоих переходах, после достижения максимального значения напряжения происходит экспоненциальное уменьшения напряжения во времени, зависящее от постоянной времени входного устройства которое ,как правило, больше, чем время сбора заряда..

Поскольку постоянная времени при формировании сигнала обычно составляет от 2 до 10мкс, сформированный импульс имеет длительность по основанию примерно 5-30 мкс. Поэтому максимальные загрузки ,как правило не превышают 10  имп/сек.

Форма линии.

Рассмотрим зависимость амплитуды импульса на выходе детектора не от энергии поглощённой в чувствительном объёме а от энергии квантов, облучающих детектор. Эту зависимость  называют формой линии детектора или функцией отклика. Эта функция считается функцией двух переменных: энергии кванта на входе и амплитуды импульса на выходе. При этом одному значению энергии на входе соответствует непрерывное распределение  амплитуд на выходе. При взаимодействии с квантом сигнал появляется в результате образования в детекторе вторичной заряженной частицы, энергия которой неоднозначно связана с энергией кванта. Она зависит от характера взаимодействия, угла вылета. Вторичные частицы образуются по всему объёму детектора, поэтому существует отличная от нуля вероятность заряженной частицы выйти за пределы чувствительной области. Такой выход будет означать ,что амплитуда сигнала будет соответствовать не всей энергии частицы, а только части её: в в амплитудном распределении появятся значения от максимума до нуля. Быстрые вторичные электроны, способные создать носители в чувствительном объёме возникают в основном в двух процессах: фотопоглощение, с вылетом из атома электрона и рентгеновского кванта характеристического излучения. И комптоновского рассеяния, в результате которого возникают  рентгеновский квант с меньшей энергией и электрон.

В первом случае процесс приводит к полному поглощению энергии кванта и соответственно к одному пику в амплитудном распределении импульсов. Второй процесс, увеличивающийся с ростом энергии кванта, приведёт к появлению непрерывного амплитудного распределения, форма которого почти повторяет энергетическое распределение электронов в комптоновском процессе.

Форма линии зависит также от многих факторов, в том числе от шумов, пиков вылета флюктуаций сбора носителей, геометрических условий измерения, колебаний энергетической калибровки и т. д.

Эффективность детектора.

Для рентгеновских ППД, где эффект регистрации связан с фотоэлектрическим поглощением квантов, эффективность определяется через массовый коэффициент фотоэлектрического поглощения вещества детектора . Рис.4-8.

Рис. 4-11. Эффективность регистрации излучения по фотопику для различных ППД.1,2 кремниевый детектор толщиной 2 и 5мм,3 –CdTe детектор толщина 0,2мм,HgI_2- толщина 0,3мм,5,6,7-германиевый детектор толщиной 1,2 и 5мм..

 Выражение для эффективности по фотопику можно определить по следующей формуле :ε = 1-exp[-τρd /sinφ]},где τ  -массовый коэффициент фотоэлектрического поглощения вещества детектора, ρ- плотность вещества, d / sinφ- толщина детектора по направлению падающего излучения.

 Для условий, когда возрастает вероятность комптоновского рассеяния квантов в детекторе, эффективность лучше определять через массовый коэффициент комптоновского поглощения σ = μ - τ , где μ- полный массовый коэффициент поглощения. Приведём выражение для эффективности учитывающее  зависимость от толщины детектора через коэффициент К и  потери за счёт пика вылета , коэффициент N: