Полупроводниковые приёмники

При подключении к полупроводниковому р-n переходу внешнего напряжения в зависимости от его полярности размер области перехода либо увеличивается (рис 1 в), либо уменьшается (рис 1 б) по срав­нению с величиной d без внешнего напряжения (рис 1 а). Соединение полупроводника р-типа с отрицательным, а n-тип с положительными полюсами, источника напряжения производит дальнейшее удаление свободных носителей из области вблизи перехода. Поэтому чувстви­тельный объем детектора (d) увеличивается, а его электрическая емкость уменьшается. При обратной полярности подключения внешнее напряжение ослабляет поле р-n перехода, поставляя туда свободные носители зарядов. Через переход в этом случае протекает электриче­ский ток.

Рис 1 Схема образования р-n перехода в полупроводнике (а) и его изменение при подключении внешнего напряжения U_B различной полярности (б, в). U_n - напряжение р-n перехода, создаваемое объемными зарядами доноров и акцепторов. Свободные носители зарядов отмечены значками плюс и минус в кружках

Таким образом, область р-n перехода ведет себя как диод и характе­ризуется односторонней примесной проводимостью.

При любом способе подключения через р-n переход протекает не­который собственный ток Ic, вызванный переносом электронов в зону проводимости за счет тепловой энергии. Этот ток называется также темновым током.

Заряженная частица, попадая в полупроводник, ионизирует и возбу­ждает преимущественно атомы основного элемента. При ионизации электрон переходит из полностью заполненной валентной зоны в зону проводимости и образуется два свободных носителя электрон - дырка. Если такая пара образуется вне р - n перехода, то в цепи не будет тока, т. к. все напряжение приложено к области перехода, а за пределами пе­рехода разность потенциалов отсутствует.

При появлении зарядов в области р-n перехода, через детектор в течении короткого времени будет протекать ток I и существует возможность зарегистрировать импульс напряжения на сопротивлении нагруз­ки R (см. рис. 2) рис2

Рис.2 Схема включения полупроводникового детектора с р-n переходом. Стрелкой отмечена передача сигнала из точки А на устройство анализа им­пульса напряжения с нагрузочного сопротивления R. С и С_р - электрическая емкость детектора и разделительная емкость. U - источник высокого напряже­ния

Необходимо, чтобы величина тока сигнала I была значительно больше темнового тока Ic.

Величина темнового тока не должна превышать значений (10^9 – 10^10) А. Это условие хорошо выполняется для детекторов на ос­нове кремния при комнатной температуре, а для германиевых - только при их охлаждении до температуры примерно равной - 150°С.

Средняя энергия, необходимая заряженной частице для создания одной пары зарядов электрон-дырка в полупроводнике е, примерно в три раза больше ширины запрещенной зоны. Около двух третей энергии заряженной частицы расходуется на возбуждение ато­мов и в конечном счете переходит в колебательную (тепловую) энер­гию кристалла. Значение е в полупроводниковом детекторе примерно на порядок меньше средней энергии образования одной пары ионов в газе. Во столько же раз больше будет и амплитуда импульса для полу­проводникового детектора по сравнению с газовым счетчиком при про­чих равных условиях.

Подвижность электронов и дырок, а следовательно и время их соби­рания, отличаются менее чем в три раза. В детекторе всегда произво­дится полное собирание электронов и дырок и отсутствует индукцион­ный эффект. При понижении температуры подвижность зарядов резко увеличивается, особенно для дырок. Поэтому при охлаждении улуч­шаются временные характеристики детектора, а время сбора электро­нов и дырок почти сравниваются по величине.

Время собирания носителей зарядов в полупроводниковом счетчике по порядку величины равно 10с при скорости движения зарядов око­ло 10^7 см/с и расстоянии до электродов порядка 1см. Поэтому полу­проводниковые детекторы отличаются быстродействием и малым раз­решающим временем.

Полупроводниковые детекторы по методам изготовления и своим конструктивным особенностям подразделяются на следующие виды: поверхностно-барьерные, диффузионные и детекторы p-i-n типа.

поверхностно-барьерные p-n переход в таком типе детекторов образуется окислением поверхности основного материала кремния n- типа.

Диффузионные детекторы изготавливаются за счет диффузии в поверхностный слой р- или п- полупроводника донорны.х или акцеп­торных атомов. Большинство таких детекторов изготавливаются из р-кремния, который в качестве донора содержит атомы фосфора. При температуре 500 - 800°С фосфор, диффундируя в кремний, не только компенсирует акцепторные примеси, но и превращает поверхностный слой кремния толщиной около одного мкм в n-кремний, образуется р-п переход с толщиной в несколько десятых долей миллиметра. Поэтому е помощью диффузионного детектора можно регистрировать такие же частицы, как и с помощью поверхностно-барьерного счетчика.

Детекторы p-i—п типа. Такие детекторы обладают большой толщиной чувствительного слоя d и позволяют проводить измерения гамма-квантов и заряженных частиц со значительной энергией. Величину слоя d, обедненного от свободных носителей зарядов можно наращивать за счет увеличения напряжения, приложенного к р-n переходу.

Акустика-область физики как учение о звуке. Звук – распространение упругих колебаний в газах, жидкостях и твердых телах, воспринимаемых чел. ухом, частота которых 16÷20000Гц. Колебания ↓ частот – инфразвук и ↑ - ультразвук челом не воспринимаются, но их принято относить к акустике. При распространении акуст.волн возникают деформации сжатия в газах и жидкостях и сжатия или сдвига в т.т., которые переносятся из одних областей среды в другие.

В акуст.волнах происходит перенос энергии, если деформация периодическая, то длина колебаний λ=V/f.

Область упругой среды, в которой распространяются колебания наз-ся звуковым полем.

Основные акустические величины:Статическое давление, звуковое давление, звуковая энергия, звуковая мощность (поток звуковой энергии), интенсивность звука (сила звука), акустическое сопротивление (импеданс), удельное акустическое сопротивление.

Звуковое давление имеет наибольшее значение, именно оно и воспринимается ухом чела и большинством приемников. Между звуковым давление (р) и интенсивностью звука существует соотношение: І=р²/ρυ, ρ-плотность среды.

В мед. Акустике применяют понятия:

Тон - звуковое определение частоты (обычно частота гармонических колебаний).

Обертон – составляющая сложного колебания, выделенное при его анализе и имеющая большую частоту, чем основной тон.

Шум – звук, характеризующийся сложной неповторяющейся временной зависимостью.

Спектр звука – хар-ка звука, полученная в результате разложения звука на простые гармонические.

Порог слышимости – звук интенсивностью І₀=10^-12Вт/м2 или звуковым давлением Р₀=2*10^-5Па при частоте 1Гц.

Порог болевого ощущения – звук интенсивностью Іmax=10Вт/м2 или Рmax=60Па при частоте 1кГц.

Величины І и Р подчиняются закону, имеющему экспоненциальный характер, их изменения могут отличаться по значению на несколько порядков, поэтому для их представления удобнее исп-ть lg-ие величины-уровни. Уровень интенсивности звука принято определять как десятичный lg отношения интенсивности к порогу слышимости или давления к порогу давления:L= lgІ/І₀ ,[L]=[Б]-Бел. Не редко используется дБ. При использовании lg-их величин нужно оговаривать значение исходной величины, использованной для определения уровней. Используют кроме объективных субъективные величины: громкость определяет размер слухового ощущения для данного звука. При неизменной частоте и форме звук. колебаний громкость возрастает с увеличением интенсивности. Уровень громкости Е= КlgІ/ І₀ , К-коэф. пропорциональности, он сильно зависит от частоты и интенсивности звука. При частоте 1кГц условно считается, что шкалы громкости и интенсивности совпадают, т.е. К=1.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: