半导体探测器

当带电粒子在固体而不是气体中失去能量时，类似于电离和激发的过程也会发生。然而，在大多数固体或液体中，所产生的电荷不能在可感知的距离上传输，因此不能作为电信号的基础。有一类固体是例外。这些是半导体材料硅而且锗是主要的例子。在这些材料中，由辐射可以在数厘米的距离内有效收集。

的电子结构在普通温度下，几乎所有的电子都被束缚在半导体的特定位置上晶体点阵我们说它们有能量价带．在任何给定的时间，一些电子将获得足够的热能，从局部位置挣脱出来，并被称为传导电子；他们的能量在更高的地方导带．由于将一个电子从晶体的共价晶格中的正常位置释放出来必须消耗一些能量，因此存在一个带隙它分离了边界价电子从免费传导电子。在纯晶体中，电子在这个间隙内不具有能量。硅的带隙约为1.1电动汽车在锗中约为0.7 eV。在完美的材料中绝对零度温度下，所有的电子理论上都会被束缚在特定的晶格点上，这样价电子带就会被完全填满，而导带则是空的。的热能在常温下可用，允许一些电子从特定的位置释放出来，并通过带隙提升到传导带。因此，对于每一个存在的传导电子，一个电子在正常占据的价位上是缺失的。这个电子空位叫做a洞在很多方面，它就像一个正电荷点。如果一个电子从附近的键跳出来填补空位，则可以认为空穴是向相反方向移动的。导带中的电子和价带中的空穴都可以在电磁的影响下向一个偏好的方向漂移电场．

一个充满能量的带电粒子通过半导体时，将能量传递给电子巨大的大部分是价电子带中的束缚电子。足够的能量可以被转移来促进一个价电子进入导带，产生一个电子空穴对．在半导体探测器中，电场存在于整个有源体积中。随后电子和空穴向半导体材料表面电极的漂移产生电流脉冲，其方式与充满气体的离子对的运动大致相同电离室．

最低能量转移产生电子-空穴对所需的带隙能量约为1ev。实验测量表明，在生产一个离子对在气体中，形成电子-空穴对所需的能量平均是最小能量的三倍。因此，一个1-MeV的带电粒子在半导体中失去所有能量将产生大约30万个电子空穴对。这个数字大约比的数字大10倍离子由气体中相同的粒子形成的对。结果之一是，入射粒子的等效能量损失的电荷包因此是10倍大，与脉冲型离子室相比，提高了信噪比。更重要的是能量分辨率的提高。随着载流子总数的增加，每脉冲载流子数量的统计波动(通常限制能量分辨率)变得更小。因此，半导体探测器提供了普通探测器提供的最佳能量分辨率，零点几的值并不罕见。

另一个好处派生从检测介质是固体而不是气体这一事实出发。在固体中，像阿尔法粒子这样的重带电粒子的范围只有几十或几百微米，而不是几厘米深大气压力气体。因此，粒子的全部能量可以在一个相对较薄的探测器中被吸收。更重要的是，完全吸收β粒子等快速电子是可行的。与气体中几米的范围相反，快速电子在固体中只能移动几毫米，而半导体探测器可以制造出比这一范围更厚的探测器。因此，光谱学方法可以用来测量快速电子辐射的能量。