방사선취급기술Ch4-1 - 반도체검출기-

반도체검출기에 관한 포스팅입니다.

 

 

'☆--' = 나만의 암기 방법

파란색 = 암기

빨간색 = 첨언

보라색 = 문제 및 궁금증

 

 

2024.04.13 - [지(智)/원자력-방사선취급기술-] - 방사선취급기술Ch3 - 섬괌검출기-

방사선취급기술Ch3 - 섬괌검출기-

 

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반도체 검출기 원리

반도체 검출기는 방사선에 의하여 생성된 전자와 정공을 이용하여 방사선을 측정하는 검출기를 의미합니다.

반도체 검출기에서 사용되는 N형과 P형 반도체는 반도체의 기본 요소로, 전기적 특성을 조절하기 위해 불순물을 첨가하는 도핑을 통해 만들어집니다. 이 과정은 반도체의 전도성을 향상시킵니다.

 

Q) 불순물을 넣으면 전도성이 증가하는 이유

 A) 도핑과정에서 추가되는 전자 또는 정공 때문입니다. 불순물을 넣어 반도체 내애 자유 전하 캐리어가 증가하여 전도성이 향상되는 것이지요.

 

 

반도체 검출기의 장점

높은 에너지 해상도

 반도체 검출기는 매우 낮은 에너지로도 전자-정공 쌍을 생성할 수 있기 때문에, 높은 에너지 해상도를 제공합니다. 이는 특히 감마선 스펙트럼 분석과 같은 응용에서 매우 유용합니다.

 

Q) 해상도가 높은 게 뭐가 좋나요?

 A) 해상도가 높을수록 더 세밀하고 정확한 측정이 가능해집니다.

☆-- 여러 검출기들 中 반도체 검출기가 해상도가 좋다고 보면 됩니다 !

소규모 설계

반도체 검출기는 비교적 작은 크기로 제작이 가능하여 휴대용 방사선 측정기와 같은 장비에 적합합니다.

 

빠른 응답 시간

 전하 캐리어의 빠른 이동으로 인해 반도체 검출기는 매우 빠른 응답 시간을 가집니다. 

 

Q) 응답 시간이 빠르면 좋은 점은 무엇인가요?

 A) 응답 시간이 빠를수록 짧은 시간 간격으로 발생하는 사건들을 구별할 수 있습니다.

또한 데이터 처리 및 분석 속도를 증가시킵니다.

 

 

 

 

 

 

 

N형과 P형 반도체의 특성

N형 반도체 

N형 반도체는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 순수 반도체에 전자를 공급하는 불순물(5족(donor) 불순물)을 첨가하여 만듭니다.

 

이 불순물은 전자를 추가로 제공하여 전체적으로 '음전하'를 가지는 전자가 많아지는 특성을 갖습니다.

 

 불순물 예시 : 인(P), 비소(As)

 성질 : 전자를 추가하여 비교적 자유롭게 움직일 수 있어 전기 전도성이 높아집니다.

 

P형 반도체

P형 반도체는 순수 반도체에 3족 억셉터(acceptor) 불순물'을 첨가하여 만들어집니다.

 

이 불순물은 전자를 받아들여 전체적으로 '양전하'를 가지는 정공(holes)이 많아지는 특성을 갖습니다.

 

불순물 예시 : 보론(B), 알루미늄(Al)

성질 : 정공이 주된 전하 운반자로 작용하여, 전자가 빠져나간 자리를 통해 전류가 흐르는 현상을 보입니다.

 

 

 

 

반도체 검출기 유형과 특성

PN접합형 반도체 검출기

높은 전도성과 감도를 갖습니다. 반도체의 두 종류 (N형, P형)을 접합하여 사용합니다.

PN접합형 반도체 검출기

 

이 검출기는 접합 부위에서 자발적으로 형성되는 공핍층 덕분에 방사선에 의해 생성된 전하 캐리어(전자와 정공)를 효과적으로 수집할 수 있습니다.

(집합면 오타 죄송합니다..ㅠㅠ 접합면이에요!)

 

 

역전압 NP접합반도체

공핍층(접합면)이 넓어져 더 많은 방사선을 흡수하고 더 많은 전하 캐리어를 생성합니다.  

역전압 NP접합반도체

 

공핍층이 클수록 더 많은 방사선을 흡수 할 수 있게 되고 이로 인해 생성되는 전하 캐리어의 양도 증가합니다.

공핍층이 확대되면 더 많은 방사선을 흡수할 수 있으며, 결과적으로 더 많은 전하 캐리어를 생성하여 감도가 향상됩니다.

 

Q)감도가 높다라는 말은 무슨 의미인가요 ?

 A)감도가 높다는 말은 검출할 수 있는 방사선의 수준이 늘어나는 것이고 민감한 검출이 가능하다는 의미입니다.

 

 

하지만, 이러한 NP접합형 반도체검출기의 문제점이 바로 Dead layer 즉 불감층이 길다는 것인데요

그래서 이러한 불감층이 길기 때문에 표면장벽형 반도체 검출기가 나왔습니다.

 

Q) 불감층이란 ?

 A) 불감층이란 반도체 검출기 표면에 위치한 층으로, 전하 캐리어를 생성해야되는데 생성하지 않는 영역을 의미하고 N층을 의미합니다.

 

 

 

 

 

 

 

표면장벽형 반도체 검출기

표면장벽형 반도체 검출기는 표면의 불감층을 최소화하기 위해 개발된 기술입니다.

표면장벽형 반도체검출기

 

이 검출기는 반도체의 표면에 매우 얇은 금속 층을 적용하여, 전하 캐리어의 손실을 줄이고 검출 효율을 극대화합니다. 표 면장벽형은 주로 알파 입자와 같은 충전 입자의 검출에 사용합니다

 

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