雪崩型探测器

雪崩型探测器(Avalanche detectors)是一种新型的半导体结型辐射探测器。它与一般的结型半导体探测器不同，能将核辐射在探测器灵敏区内产生的信号放大10²～10³倍后再输出，而一般的结型探测器只能收集却不能放大信号。因此雪崩型探测器又称“内放大半导体探测器”，可类比为“固体正比计数器”；而一般的结型探测器可类比为“固体电离室”。
结构 雪崩型探测器的基本结构见图。它与一般结型
探测器在结构上的主要差别是采用深度扩散结及将结截面磨制成具有3～6°的等斜面的特殊伞形结构。

等斜面Si
雪崩型探测
器结构
1.镓扩散器
2.铝 3.金

由于采用这种特殊的工艺结构，大大提高了器件P-N结的反向击穿电压值。这样就使雪崩管能在很高的反向偏压状态下工作，足以使核辐射在灵敏区产生的载流子在漂移过程中被不断地加速获得能量，并能与晶格价电子碰撞产生新的电子-空穴对。这些次级载流子又继续从电场中获得足够的能量，再一次产生次级电离，结果形成将载流子不断倍增的“雪崩”过程，使射线产生的初始信号显著地被放大，放大倍数（增益）可高达1,000倍。
另一方面，由于采用了“伞形”结构，能非常有效地降低反向电流和表面漏电流所造成的本底噪声影响。所以雪崩型探测器的重要特点是，在高反向偏压工作情况下信号的倍增系数大而噪声倍增系数相对地小，即提高了信号-噪声比值。又由于探测器灵敏区内有很高的电场强度，信号载流子渡越灵敏区的时间很短(约10^-9秒)，探测器的入射窗很薄。
以上结构特点使雪崩管有如下优异的工作特性：
❶能在高温环境中工作；
❷既能在计数率高达10⁸(cps)的强辐射场中工作，又能在每分钟只有一个计数的弱场中抗噪声地正常工作；
❸特别适于对低能软X线辐射的探测。有人曾在100℃的条件下用雪崩管对能量为1.49keV铝的X线进行测量，在保持良好的信号-噪声特性和分辨率的情况下，探测效率达30～40%。这是其他各种探测器不能做到的。
雪崩管的结构特点使它对短射程粒子比长射程粒子的放大率要大，即所谓的“几何效应”，这在进行射线能谱测量时应特别注意。
雪崩型探测器根据不同的需要，既可以做成微探测器，也可做成由多单元组成的阵列型位置灵敏探测器。尤应指出，由于雪崩管能将辐射信号在探测器内部放大103倍，而且信号-噪声比高，所以它在实际使用中不需要前置放大器，不仅简化了探测系统，而且可独立地成为一个微型探头进行局部放射性活度分布测量，因此对进行人体体内测量特别有用。
应用 雪崩型探测器在核医学和生物医学领域中的应用为期不久，已开展的工作有：
❶用探针型雪崩探测器测定进入人体内的毒性很大的²³³Pu和²³⁶Pu(通过测量2³⁹Pu衰变为²³⁵U的过程中放出的能量为13.6、17.4和20.5keV的铀LX线强度推算出钚吸入量);
❷用³²P(Eβ_max＝1.7MeV)进行眼瘤分析测量；
❸用⁴⁵Ca(E_βmax＝255keV)研究心肌运动功能；
❹用1⁴C(Eβ_max＝150keV)和¹²⁵I(E_γ＝27keV)研究在聚合物中蛋白质的吸收，弄清各种塑料物质与生物化学物质（特别是蛋白质）之间的相互作用，进而说明包括由表面引起的血凝固、细胞损伤以及异体反应在内的作用过程；
❺恶性黑色素瘤的研究(用²²P);
❻食管血流量研究(用²2P);
❼乳腺癌研究(用3²P);
❽脑血流量研究(用8⁵K_r,E_βmax＝670keV);
❾检查眼内放射性示踪剂(³²P和^69mZn)清洗情况。
可以预期，随着器件制作工艺不断成熟完善，雪崩型探测器在包括核医学、生物医学在内的核技术领域中将被日益广泛地应用。