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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MOSFET 192

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