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第1章 引言1

第一部分 半导体物理4

第2章 半导体4

2.1晶体结构4

2.2能带5

2.3本征半导体8

2.4非本征半导体12

2.5半导体中载流子的输运14

2.5.2扩散15

2.5.1漂移15

2.5.3磁场效应17

2.6导体中载流子的产生和复合19

2.6.1载流子的热产生19

2.6.2电磁辐射产生载流子20

2.6.3带电粒子产生载流子21

2.6.4辐射产生电荷云的形状23

2.6.5倍增过程25

2.6.6复合27

2.6.7载流子的寿命28

2.6.8间接半导体中载流子的寿命30

2.7载流子产生及输运的同时处理35

2.8小结及讨论37

第3章 基本半导体结构40

3.1pn二极管结40

3.1.1热平衡中的pn二极管40

3.1.2有外加电压的pn二极管44

3.1.3用光辐照的pn二极管47

3.1.4电容—电压特性51

3.1.5强反偏压下的击穿53

3.2金属—半导体接触58

3.2.2欧姆接触61

3.2.1电流—电压特性61

3.3金属—绝缘体—半导体结构62

3.3.1热平衡条件63

3.3.2Si-SiO2MOS结构71

3.3.3电容—电压特性72

3.3.4非平衡及恢复到平衡74

3.4n+n或p+p结构75

3.5小结及讨论77

第二部分 半导体探测器79

第4章 用于探测器的半导体79

4.1本征半导体材料的性质79

4.2.1半导体的掺杂85

4.2非本征半导体材料的性质85

4.2.2体缺陷88

4.2.3对材料性质的影响90

4.3绝缘体和金属90

4.3.1绝缘体的性质91

4.3.2半导体表面缺陷91

4.3.3金属的性质92

4.4探测器材料的选择93

4.4.1辐射同半导体的相互作用94

4.4.2电荷收集及测量精度95

5.1无偏压二极管97

第5章 用于能量及辐射水平测量的探测器97

5.2反向偏压二极管103

5.2.1电荷收集及测量106

5.2.2表面势垒探测器109

5.2.3pn结探测器109

5.3小结111

第6章 用于位置及能量测量的探测器112

6.1电阻的电荷分配112

6.2二极管条形探测器113

6.2.1读出方法115

6.2.2电荷收集及测量精度117

6.2.3几何参数的选择119

6.3双面读出条形探测器120

6.4有集成电路读出耦合的条形探测器124

6.5漂移探测器130

6.5.1线列漂移器件132

6.5.2阵列漂移器件137

6.5.3径向漂移器件140

6.5.4单面结构器件141

6.5.5漂移器件的读出及测量精度143

6.6用作探测器的电荷耦合器件145

6.6.1三相“常规”MOSCCD器件145

6.6.3电荷收集及电荷传输147

6.6.2线列及阵列CCD器件147

6.6.4信号读出152

6.6.5其它类型的MOSCCD器件153

6.6.6全耗尽pnCCD器件154

6.7小结161

第7章 读出功能的电子电路163

7.1晶体管的工作原理163

7.1.1双极晶体管163

7.1.2结型场效应晶体管171

7.1.3金属—氧化物—半导体场效应晶体管177

7.1.4单极晶体管的阈值行为189

7.1.5不同类型的JFET及MOSFET192

7.2.1热噪声194

7.2噪声源194

7.2.2低频电压噪声195

7.2.3散粒噪声195

7.2.4晶体管中的噪声196

7.3电荷测量204

7.3.1电荷灵敏放大器205

7.3.2电荷灵敏放大器的噪声206

7.3.3滤波及整形207

7.4.1电流源及电流镜211

7.4基本电子电路211

7.4.2反相器213

7.4.3源跟随器216

7.4.4级联放大器217

7.4.5差分放大器218

7.5集成电路工艺220

7.51NMOS工艺220

7.5.2CMOS工艺222

7.5.3双极工艺223

7.5.4SOI工艺223

7.6用于条形探测器的集成电路224

7.5.5混合工艺224

7.7用于像素探测器的集成电路228

7.8条形探测器中的噪声——前端系统229

7.8.1偏置电路229

7.8.2偏置电路中的噪声235

7.8.3噪声相关性242

7.9小结245

第8章 探测器及其电子电路的集成248

8.1探测器及其电子电路的混合系统248

8.1.1条形探测器249

8.1.2像素探测器251

8.2探测器—工艺—兼容的电子电路252

第9章 具有本征放大的探测器260

9.1雪崩二极管260

9.2耗尽型场效应晶体管结构264

9.2.1耗尽型p沟MOS场效应晶体管（DEPMOSFET）266

9.2.2电学性质及器件的电路符号268

9.2.3其它类型的DEPET结构273

9.2.4DEPFET的性质及应用275

9.3DEPFET像素探测器276

9.3.1具有随机存取读出的DEFET像素探测器277

9.3.2连续工作的DEPFET像素探测器278

9.3.4具有三维模拟存储器的DEPFET像素探测器280

9.3.3混合的DEPFET像素探测器280

第10章 探测器工艺282

10.1探测器衬底的生产282

10.2平面工艺的加工次序283

10.2.1光刻制造结构284

10.2.2化学刻蚀285

10.2.3掺杂285

10.2.4氧化286

10.2.5气相沉积287

10.2.6金属沉积288

10.3工艺模拟289

10.2.8钝化289

第11章 器件稳定性及辐射加固291

11.1电击穿及保护291

11.1.1二极管条形探测器的击穿保护292

11.1.2探测器边缘的击穿保护297

11.2半导体中的辐射损伤300

11.2.1原始晶格缺陷的形成301

11.2.2稳定缺陷的形成及性质302

11.2.3缺陷络合物的电学性质304

11.2.4缺陷对探测器性质的影响314

11.2.5辐射损伤的退火325

11.2.6逆向退火328

11.2.7低通量辐射下辐射损伤的参数化329

11.3表面的辐射损伤330

11.3.1氧化物损伤330

11.3.2表面附近体损伤的不均匀性332

11.4探测器的辐射损伤332

11.5电子电路的辐射损伤337

11.6辐射加固技术338

11.7小结340

第12章 器件模拟342

12.1数学公式342

12.1.1泊松方程及连续方程343

12.1.2稳态情形的深能级缺陷344

12.1.3准费密能级347

12.2稳态情形的数值解350

12.2.1问题的线性化350

12.2.2有限差分法353

12.2.3稳态问题的例子360

12.3时间相关情形的模拟364

附录A 常用符号365

附录B 物理常数370

参考文献371