Энергетическое разрешение полупроводниковых спектрометров

Предельное энергетическое разрешение ППД определяется флюктуацией числа образовавшихся носителей электрических зарядов при полном поглощении энергии заряженных частиц в детекторе. Энергия заряженной частицы не полностью расходуется на образование электронно-дырочных пар. Значительная ее доля идет на возбуждение колебаний атомов в кристаллической решетке и выделение тепла. Согласно данным, приведенным в таб. 2.2.1, средняя энергия, затрачиваемая на образование пары электрон-дырка в полупроводниках, в три – четыре раза превышает ширину запрещенной зоны. Это означает, что на долю процесса ионизации расходуется значительная часть (около 30%) энергии поглощенной в детекторе. Если бы на ионизацию расходовалась лишь незначительная часть поглощенной энергии (как, например, в сцинтилляционом детекторе), то акты ионизации можно было бы считать независимыми и флюктуацию (стандартное отклонение) числа пар носителей определять для распределения Пуассона: , (2.2.1)

где E - энергия заряженной частицы, W - средняя энергия образования пары носителей заряда.

В действительности акты ионизации не являются полностью случайными и независимыми [11]. Образование пар носителей заряда в процессе торможения заряженной частицы происходит при условии, что E>W. Результаты измерений флюктуаций числа образованных пар носителей заряда показали, что их величина существенно меньше оценки (2.2.1). Отмеченные обстоятельства учитывают вводя в (2.2.1) коэффициент F, называемый фактором Фано [12]: (2.2.1а)

Фактор Фано всегда меньше единицы. Энергетическое разрешение детектора

(2.2.2)

оказывается лучше, чем можно было бы ожидать, исходя из предположения о случайности, независимости актов образования пар носителей заряда.

Обычно фактор Фано определяют экспериментально. При этом получают некоторое значение, характеризующее как свойства материала, так и технологические особенности изготовления детектора. Для оценок можно использовать следующие значения: F_Si = 0,075, F_Ge= 0,13.