光導探測器

光導探測器是近年來發展起來的一種新型亞納秒脈衝輻射探測器.其主要特點是時間響應快(<1 sn),輸出電流大,體積小、重量輕,對

、x射線、可見光及帶電粒子都靈敏,動態範圍大於4個數量級並在常温下工作.此種探測器適用於探測超快輻射信號,在慣性約束聚變,激光等離子體實驗和脈衝粒子束的診斷中獲得了廣泛的應用。

光導探測器的基本工作原理是探測器吸收目標或背景輻射的光子時，探測器材料的最外殼層電子發生躍遷形成晶體內的自由電子，產生光電效應。 ^[1] 

半導體材料受到光照之後,會發生某些電學特性的變化,這一現象稱為光電效應。它包括光電導效應、光生伏特效應和光電子發射等三種.光導探測器就是利用其中的光電導效應制成的。多材料受到光照時,載流子濃度增加導電能力增強,這種現象稱為光電導效應。在直流或脈衝偏壓下,由於材料的電阻率很高,暗電流很小;接受輻射能量後,在材料中生成光生載流子(電子和空穴對),在兩個電極之間提供了電流通道。在線性範圍內,產生的載流子數量正比於入射輻射通量,所以在偏壓一定時,輸出電流脈衝與入射強度成正比.

由於電子遷移率較空穴遷移率大幾十倍,我們忽略空穴導電,電子濃度滿足下面的速率方程。

式中

為電子濃度,

為電子產生率,

為電子壽命,求解可得探測器的輸出電流I(t).

式中:E為輻射能量,V為偏壓,

為電子遷移率,W為形成一個電子空穴對所需平均能,L為電極間距。

靈敏度B定義為探測器輸出電荷Q和沉積能量E之比。

探測器的響應時間,由於光生載流子的產生時間極短,主要是由材料的載流子壽命決定的,而與器件的尺寸和偏壓大小無關。為了提高器件的響應速度,採用深度摻雜和中子輻照改性,由於引入新的複合和捕獲中心使載流子壽命縮短,器件的靈敏度也將隨之下降. ^[2] 

如圖是探測器的幾種結構形式。

其中（a）型為電纜結構。先在一根50歐姆電纜芯中挖出一個空腔,再將用半導體平面工藝加工的並在兩個電極面上已做好歐姆接觸的光導材料六面體芯片鑲嵌進去,使其電極面與電纜芯接通。使用時一端接偏壓,另一端輸出信號。

(b)型是高壓微帶結構.它是在高頻陶瓷基片上,用半導體工藝製做一條50歐姆的金微帶線,在微帶中間斷開處放置上述的光導六面體芯片,再用蒸發工藝接通電極製成雙端器件。

(c)型是低壓微帶結構,它是以光導材料本身做襯底,在其上製做一條50歐姆微帶線,微帶中間斷開的縫隙就是探測器靈敏區.這樣電極間距可以做得很小,適合在低壓下使用。 ^[2]