ε =(1-N){1-exp[-(τ+Kσ) ρd / sinφ]},где σ - массовый коэффициент комптоновского поглощения.
Пик вылета связан с уходом части энергии флуоресцентного излучения материала детектора, возбуждённого регистрируемым излучением, из зоны регистрации. Положение пика вылета по энергии определяется разностью энергии регистрируемого излучения и флуоресцентного излучения вещества детектора. Пик вылета имеет сложную структуру, что связано с наличием нескольких линий К-спектра рентгеновского излучения и приводит к снижению эффективности по фотопику, что проявляется на кривых эффективности скачками на К-краях.
Снижение эффективности при регистрации низко энергетических квантов определяется бериллиевым окном, а также мёртвым слоем собственно детектора.
Реализация высоких параметров полупроводниковых детекторов стала возможной после создания малошумящей, высокостабильной электронной аппаратуры. Рассмотрим некоторые из последнихдетекторов.
Под действием контактной разности потенциалов электроны движутся в n –область, а дырки в р –область . Если замкнуть концы этих областей в таком контуре потечёт ток. Этот ток в широком интервале (несколько порядков) пропорционален количеству падающих фотонов.
Если к переходу приложено внешнее напряжение, то потенциальный барьер возрастает. Область обеднённая подвижными носителями расширяется и ее сопротивление возрастает. Через переход будет течь очень малый ток. Диод включён в запирающем положении. Поглощение квантов приведёт к генерации носителей в зоне обеднённой носителями заряда. Образовавшиеся свободные носители перемещаются под действием поля пространственного заряда, и к току насыщения добавляется фототок пропорциональный потоку падающего излучения.
В последние годы были разработаны диоды на pn переходах не имеющие мёртвой области и нулевую поверхностную рекомбинацию в результате чего получены примерно теоретическое значение квантовой эффективности в области от 7 до 12000эВ энергий квантов. На рис.4-5, показана примерная конструкция такого диода.
Рис. 4-5 Констркция pn диода.
Диоды менее чувствительны к загрязнениям по сравнению с детекторами использующими внешний фотоэлектрический эффект. У диодов практически отсутствует мёртвая область, что очень важно для регистрации мягкого излучения глубина проникновения, которого несколько микрон. Вторым важным преимуществом этих диодов является их радиационная стойкость связанная с наличием защитной плёнки окиси кремния толщиной до 80 А. Радиационная стойкость примерно в 10000 раз выше чем у p-i-n диодов.
Рис.4-6 Типичная квантовая эффективность( число электронов во внешней цепи на один квант) кремниевого фотодиода AXUV типа.
Если на pin-фотодиод падает излучение с квантами высокой энергии, то под их воздействием в полупроводнике возникают электронно-дырочные пары. Если к диоду приложено запирающее напряжение, то носители заряда, возникшие в запирающем слое, перемещаются к электродам, а во внешнем контуре возникает электрический ток. При этом полупроводниковый детектор можно рассматривать как ионизационную камеру с твёрдым диэлектриком между электродами. Преимущество состоит в том, что регистрирующая среда представляет собой твердое тело, а не газ, следовательно, эффективность регистрации фотонов выше. Во -вторых твёрдые камеры имеют лучшее временное и энергетическое разрешение, так как для возникновения пары носителей заряда требуется меньшая энергия. ( (в кремнии 3,6 эВ, в германии 2,8 эВ). Таким образом, при фиксированной энергии частиц число носителей заряда в твердотельном детекторе выше, чем в газовом, следовательно, меньше относительная ошибка. Высокие значения напряженность электрического поля в обедненной зоне приводят к очень высоким дрейфовым скоростям носителей заряда, что понижает время нарастания импульса тока. Оно лежит (в зависимости от толщины переходного слоя) в интервале от 1 мкс до 0,1 нс.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.