1

DETECTOR BAN DÂN

Nhom 5:•Phan Thị Thi•Pham Thị Thêu•Huynh Ngoc Trâm•Nguyên Ngoc Lâm

2

I. Giới thiệu về chất bán dẫn

II. Sử dụng chất bán dẫn làm detector

III. Các quá trình xảy ra khi hat tích điện đi vào detector

IV. Các đặc tính hoat động của detector bán dẫn

V. Một số loai detector bán dẫn

VI. Một số hệ đo dung detector bán dẫn

3

I.1 Chât ban dân

I. Giơi thiêu về" chât ban dân

• Các chất bán dẫn thông thường như silic(Si), germani (Ge) có 4 electron hóa trị .

• =>tao nên cấu trúc mang tinh thể.

• Một nguyên tử liên kết với 4 nguyên tử bên canh bằng liên kết cộng hóa trị.

4

• Theo ly thuyết vung năng lương, các e- hóa trị chiếm đây các mưc năng lương trong vung hóa trị, vung dẫn không có electron

I.1 Chât ban dân

5

I.1 Chât ban dân

Do chuyển động nhiệt các e- hóa trị có thể nhảy lên vung dẫn và trở thành e- tư do, e- này tham gia quá trính dẫn điện, đông thời để lai lỗ trống trong vung hóa trị

Vung dẫn và vung hóa trị cách nhau bởi vung cấm có độ rộng năng lương là Eg (Si( 1eV))

6

I.1 Chât ban dân

• Ơ trang thái cân bằng nhiệt số e- bằng số lỗ trống

• Nếu ni là mât độ tâp trung e-(lỗ trống) thì ta có:

Với Nc: số trang thái trong vung dẫn

Nv: số\ trang thái trong vung hóa trị

Eg: năng lương vung cấm

7

I.1 Chất bán dẫn

• Vì mât độ dong J= 𝜌 𝜈nên mât độ dong trong bán dẫn tinh khiết đươc cho bởi

Mặt khác ta lai có :

Vì vây ta đươc:

Độ dẫn điện 𝜎

• Trong đó

E: cường độ điện trường

𝜇: độ linh động của hat tải cơ bản

• Đối với tinh thể tinh khiết ly tưởng thì 𝜎 0 tai ≃ 𝘛=0

• Tông của n và p là

• Tuy loai tap chất pha vào mà ta tao thành hai loai bán dẫn, hoặc là e- tư do chiếm ưu thế hoặc lỗ trống chiếm ưu thế

• Từ đó, ta phân chia chất bán dẫn ra thành hai loai theo thành phân hat tải cơ bản là e- hay lỗ trống tương ưng với bán dẫn loai n hay p

I.1 Chât ban dân

9

I.2 Chât ban dân loại n và loại p

Chất bán dẫn N Chất bán dẫn P

10

• Đối với chất bán dẫn loai n, thì thừa lai một e- liên kết yếu với nguyên tử hình thành mưc tap chất ở đỉnh vung cấm

• Con bán dẫn p, thì thiếu e- nên để lai một lỗ trống

• Thành phân tải điện của loai n là e- tư do trong vung dẫn tap chất ⟹donor

• Do Silic phải nhường e- ion mang điện tích âm mưc acceptor⟹ ⟹

I.2 Chât ban dân loại n và p

11

II. Sư dung chât ban dân làm detector

II.1 Lơp tiêp xuc p-n

12

II. Sư dung chât ban dân làm detector

II.1 Lơp tiêp xuc p-n

• Đưa bán dẫn loai n và loai p tiếp xúc nhau,có sư chênh lệch về lỗ trống và electron tai lớp tiếp xúc =>e sẽ khuếch tán từ lớp n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n

• Sau một thời gian tai lớp tiếp xúc hình thành một điện trường tiếp xúc

• Đến một lúc nào đó, trang thái cân bằng đươc thiết lâp, một vung rất mong không có các hat tải vung ⟹ngheo

• Thế tiếp xúc tai vung này khoảng 0.6 0.7 V∼

13

II.2 Phân cưc lơp tiêp xuc p-n

•Khi áp vào một hiệu thế ngươc tao ra một điện trường ⟹hướng từ n sang p•Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các hat tải đươc keo ra xa vung tiếp xúc, vung ngheo đươc mở rộng•Hiệu thế ngươc càng cao vung ngheo càng rộng⟹

14

II.3 vung ngheo và đô rông vung ngheo

• Vung ngheo có vai tro rất quan trong đối với detector bán dẫn

• Đây là vung hoat động chính của detector• Vung mà lớp tiếp xúc p-n đươc mở rộng ra thì rất

nhay đối với bưc xa là hat mang điện vung nhay⟹• Độ rộng vung ngheo phụ thuộc vào hiệu thế phân 𝘥

cưc

15

II.3 Vung ngheo và đô rông vung ngheo

• Và độ rộng vung ngheo đươc tính theo công thưc Possion

16

II.3 Vung ngheo và đô rông vung ngheo

• Ngoài ra, điện trở suất của chất bán dẫn con đươc cho bởi:

• Do đó ta có thể viết lai công thưc (6):

• Như ta đa có:

• Mặt khác mât độ điện dương và âm phải bằng nhau

17

II.3 Vung ngheo và đô rông vung ngheo

• Bằng cách thế các giá trị• Đối với Silic

• Đối với Germani

18

III. Cac qua trinh xay ra khi hạt tich điên đi vào detector

• Khi một bưc xa ion hóa đi vào detector bán dẫn, chúng sẽ tương tác lên các electron và bưt electron ra khoi liên kết cộng hóa trị.

• Các electron này chuyển lên vung dẫn và trở thành các electron tư do, đông thời để lai lỗ trống mang điện tích dương trong vung hóa trị.

• Các cặp electron lỗ trống đươc tao ra trong vung ngheo doc theo quỹ đao của bưc xa tới.

• Chúng sẽ đươc keo về hai điện cưc bởi điện trường do hiệu điện thể ngươc áp vào detector. Khi đó ở mặt ngoài xuất hiện một tín hiệu điện. Xung điện thế này đươc ghi nhân ở lối ra bởi hệ điện tử

• Đo và khảo sát xung tín hiệu ra biết đươc thông tin về bưc xa

19

III. Cac qua trinh xay ra khi hạt tich điên đi vào detector

III.1 Sư tạo căp e- và lỗ trông trong detector ban dân

• Ta goi w là năng lương của bưc xa ion hóa mất đi trong chất bán dẫn để tao cặp e- và lỗ trống

• Năng lương này lớn hơn năng lương cân thiết để tao ra cặp electron- lỗ trống

• Số cặp electron- lỗ trống đươc tao ra do bưc xa ion hóa có năng lương E là: n=E/w

• Giá trị wSi(80K)=3.72 eV là hằng số không phụ thuộc vào năng lương của bưc xa tới

20

III.2 Hiêu ưng băt

• Sư băt điện tích trong bán dẫn xảy ra khi hat tải bị giư lai tai mưc tap chất hoặc tai tâm sai hong của mang tinh thể

• Đưa ra thời gian sống trung bình:

• Thời gian trung bình của hat bị giam trong bẫy:

• Hiệu suất thu tích điện:

21

III.3 Hiêu ưng Plasma

• Do khả năng ion hóa của các hat nặng cao nên mât độ các cặp e- và lỗ trống đươc tao ra cao đám ⟹mây các điện tích tư do dày đặc làm châm quá trình chuyển dịch điện tích về các cưc

• Hiệu ưng này làm keo dài thời gian từ lúc tao ra hat tải đến lúc băt đâu tăng xung

⟹ tăng khả năng tái hơp của hat tải

22

IV. Cac đăc tinh hoạt đông cua detector ban dân

1. Cương đ đi n trương va hi u thê lam vi cô ê ê ê

2. Thơi gian tăng xung

3. Đ phân giai năng lươngô

4. Chuân năng lương

5. Lơp chêt cua detector

6. Sư suy giam phâm chât cua detector đo bưc xa

V. Môt sô loại detector ban dân

V.1 Detector môi nôi khuêch tan

• Một phương pháp phô biến để tao nên detector bán dẫn là đặt một thanh bán dẫn loai p trong hơi tap chất loai n

⟹ chuyển chất bán dẫn loai n thành p mối nối bề mặt⟹• Vì nông độ tap chất loai n lớn hơn so với loai p

⟹ vung ngheo chủ yếu nằm tai vung p bềy mặt nằm ngoài ⟹hình thành nên lớp chết bất lơi cho hat tải do mất đi một ⟹phân năng lương trước khi đến vung ngheo

• Ưu điểm của loai khuếch tán– Bền– It xuất hiện các hiệu ưng xấu do sư tích tụ chất bân

24

V.2 Detector hàng rào măt

• Từ thanh bán dẫn loai n, ta tao nên một lớp vât liệu có tính chất giống bán dẫn loai p

• Các vât liệu này có nông độ bẫy e- cao lớp tiếp xúc loai này ⟹giống với sư hình thành lớp tiếp xúc p-n

• Nhươc điểm:điện dung lớn, nhay với ánh sáng, dê bị hư hai bởi hơi âm hay tiếp xúc cơ hoc với bề mặt

25

• Khi tăng điện thế phân cưc ngươc, vung ngheo của detector sẽ đươc mở rộng và mở rộng toàn khối bán dẫn khi điện thế đủ lớn

• Hình thành detector vung ngheo hoàn toàn

V.3 Detector vung ngheo hoàn toàn

26

V.3 Detector vung ngheo hoàn toàn

Ưu điểm của detector vung ngheo hoàn toàn:• Lớp chết mong• Có thể ghi bưc xa từ hai mặt của detector• Giảm nhiêu và dong ro nho do không con vung

bán dẫn nền nằm ngoài vung ngheo• Độ phân giải thời gian cao do điện trường có giá

trị lớn trong khăp vung ngheo• Độ ôn định cao do độ rộng vung ngheo không phụ

thuộc vào điện thế phân cưc

27

V.4 Detector Germani đo 𝛾Để đo bưc xa gamma dung detector có độ rộng vung ngheo và thể tích vung hoat lớnDetector do gamma phô biến là HPGe( có 2 cấu hình)

Cấu hình detector HPGe phẳng

28

V.4 Detector Germani đo 𝛾

Cấu hình detector HPGe đồng trục

29

VI. Môt sô hê đo dung detector ban dân

30

VI. Môt sô hê đo dung detector ban dân

31

VI. Môt sô hê đo dung detector ban dân

32

VI. Môt sô hê đo dung detector ban dân

33

VI. Môt sô hê đo dung detector ban dân

THANK YOU FOR YOUR WATCHING AND LISTENING