Полупроводниковые детекторы ионизирующих излучений на арсениде галлия

• Автор: Воробьев, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫ ДЕТЕКТОРЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ.
Глава 1. Арсенид галлия - перспективный материал для создания детекторов ионизирующих излучений.
Глава 2. Эпитаксиальные детекторы на арсениде галлия, выращенные из газовой фазы.
Параграф 2.1. Эпитаксиальные структуры СаАБ, выращенные из газовой фазы в транспортной системе ба-АБСЛз-Нг.
Параграф 2.1.1. Слабо компенсированные детекторные ОаАБ структуры п-типа, полученные газофазной эпитаксией.
Параграф 2.1.2. Компенсированные детекторные ОаАБ структуры п-типа, полученные газофазной эпитаксией.
Параграф 2.1.3. Перекомпенсированные детекторные ОаАБ структуры р-типа, полученные газофазной эпитаксией.
Параграф 2.2. ОаАБ эпитаксиальный координатный детектор частиц.
Параграф 2.3. Эпитаксиальные ОаАБ детекторы, выращенные из газовой фазы и легированные хромом.
Глава 3. Эпитаксиальные детекторы на арсениде галлия, выращенные из жидкой фазы.
Параграф 3.1. Детекторные р+ -1 - п+ структуры из эпитаксиального материала. Параграф 3.2 Чувствительность р+-1 - п+ структур к ионизирующему излучению.
Глава 4. Арсенид - галлиевые детекторы «ростового» материала, легированного хромом.
Параграф 4.1. Поведение и роль хрома, введенного в арсенид галлия.
Параграф 4.2. Детекторные структуры с л-у переходом па компенсированном хромом арсениде галлия.
Параграф 4.2.1. Механизм сбора заряда в л-у-п структурах.
Параграф 4.2.2. Эффективность сбора заряда в л-у-п структурах.
Параграф 4.2.3. Толщина активной области в л-у-п структурах.
Параграф 4.2.4. Время жизни носителей л-у-п структурах.
Параграф 4.2.5. Вольтамперные характеристики и темновые токи.
Параграф 4.3. Микрополосковые детекторы частиц с л-у-п структурами. Параграф 4.4. Детекторные структуры резистивного типа из компенсированного хромом арсенида галлия.
Параграф 4.4.1. Моделирование процессов разделения с сбора заряда.
Параграф 4.4.2. Координатные детекторы, изготовленные из материала резистивного типа.
Глава 5. Радиационная стойкость арсенид - галлиевых детекторов ионизирующих излучений.
Параграф 5.1. Радиационные эффекты в арсениде галлия.
Параграф 5.1.1. Спектр уровней радиационных дефектов.
Параграф 5.1.2. Электрофизические характеристики.
Параграф 5.1.3. Время жизни носителей заряда.
Параграф 5.2. Экспериментальные результаты исследования радиационной стойкости.
Параграф 5.2.1. Облучение в пучках нейтронов.
Параграф 5.2.2. Облучение в пучках протонов и пионов.
Параграф 5.2.3. Обсуждение результатов облучения.
Параграф 5.3. Восстановление параметров облученных п/п ОаАБ<Сг>детекторов при термическом отжиге.
Заключение.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.
Около 20 лет назад полупроводниковые детекторы были едва известны в физике высоких энергий тогда, как сегодня - это широко используемые приборы, которые вырабатывают электрические сигналы, напрямую измеряемые чувствительными усилителями для определения координат частиц, реже их энергии, а также идентификации типа частиц. Электрические сигналы могут быть обработаны и записаны компьютерными системами сбора и обработки информации для немедленного либо последующего анализа. Полупроводниковые детекторы обеспечивают наивысшую координатную точность в больших детектирующих системах, что особенно важно для физических экспериментов, исследующих редкие процессы.
Почти все полупроводниковые детекторы, используемые в экспериментальной физике, изготавливаются на основе монокристаллов чистого кремния по технологиям интегральных микросхем, что и предопределило их широкое применение в силу высокой степени унификации и повторяемости этих технологий.
Развитие будущих физических экспериментов с использованием протон-протонных коллайдеров, а также других типов коллайдеров высокой светимости и пучков ионов потребует создания очень больших систем с максимально возможной гранулярностью детектирующих элементов. Это связано с огромным потоком частиц, образующихся в результате столкновения пучков и больших радиационных нагрузок на детекторы за время проведения экспериментов, сравнимых с радиационными нагрузками, получаемыми при работе с ядерными реакторами либо испытаниями оружия.
Поэтому будущее использование полупроводниковых детекторов в физическом эксперименте в значительной степени будет предопределено возможностями технологии создания высокоскоростных детекторов, обеспечивающих необходимые скорости считывания информации и возможностями работы детекторов в условиях предельно высоких радиационных нагрузок.
Кремневые детекторы, в основном, пока обеспечивают потребности современных физических экспериментов. Однако развитие экспериментальной физики следует в направлении увеличения радиационных загрузок. Это потребует в ближайшем будущем использование в физическом эксперименте с высокими радиационными загрузками детекторов из других материалов, таких как арсенид галлия либо искусственные алмазы. Кроме того, в ряде экспериментальных приложений уже сейчас важно иметь детекторы с большим атомным номером,

эпитаксиальной структуры (№7) с исходными параметрами, которые были указаны выше.
На Рис.2.24 показана зависимость эффективности сбора заряда (ССЕ) для этой структуры от подаваемого на диод обратного напряжения. Для а - частиц ССЕ данной структуры при напряжении 400-500 В составляет ~ 70%, для (3 -излучения ~ 60-70%, для у фотонов (59.5 кэВ)>90%. Толщина чувствительной области ры-п диода близка к толщине высокоомного ьслоя. Максимальная толщина чувствительной области при этом составляет 260мкм.
ССЕ, %
ССЕ, %
А 2‘
8о-| а-Ат
ССЕ, %

-200 и, В
Рис.2.24.
Сопоставление параметров детекторов на основе эпитаксиального ОаАэ, компенсированного хромом, с аналогичными приборами на слиточном арсениде галлия показывает, что эпитаксиальные детекторы имеют более высокие значения ССЕ. Это может быть обусловлено'лучшим структурным совершенством эпитаксиального материала и, как следствие, большим временем жизни носителей, чем в слиточном арсениде галлия.
Итак, технология выращивания эпитаксиальных слоев в газотранспортной системе с последующей диффузией хрома позволяет получать детекторы с большой толщиной чувствительной области, способные регистрировать а-, (3-, у-излучения.