Исследование и разработка кремниевого многоцелевого координатного детектора радиационных частиц и излучений

• Автор: Удалов, Василий Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ

1.1. Принцип действия и основные характеристики полупроводниковых детекторов

1.2. Полосковые детекторы

1.3 Полупроводниковые дрейфовые камеры

1.4 Приборы с зарядовой связью

1.5. Активный пиксельный координапшш детектор

1.6. Решстращи потоков «влучений

1.7 Сравнение характеристик координапплх кремниевых детекторов

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПИКСЕЛЬНЫХ СТРУКТУР КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ

2.1. Иошвацнонные потери энергии радиационных частиц

2.1.1. Взаимодействие гамма-квантов с веществом

2.1.2. Иошвацнонные токи, создаваемые электронами
2.1.3. Анализ рентгенопроводимоеш полупроводниковых материалов
2.1.4. Аналт эффекпгвности преобразования рентгеновских квантов в световое при помощи сцинтилляторов
2.2. Аналт характеристик и компьютерное моделирование пиксельных структур
2.2.1. Модель биполярного функционального-интегрируемого пиксела
с р-і-п диодом
2.2.2. Компьютерное моделирование вольтамперных характерней ж биполярной функционально-интегрированных структур
2.3. Аналш шумовых факторов биполярных функционально-ннтегрируемых пиксельных структур
ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ МНОГОЦЕЛЕВЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
3.1. Компьютерное моделирование эквиваленшых электрических схем функционально-ннтегрируемых пикселей
3.2. Электрические схемы матриц и периферийных устройств многоцелевого координапюго детектора
3.3. Конструкции детекторов

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЦЕЛЕВОГО КООРДИНАТНОГО ДЕТЕКТОРА
4.1. Компьютерное моделирование диффузионных профилей пиксельных структур
4.2. Технологические маршруты матриц координатных детекторов
4.2.1. Технологический маршрут "Lokos"
4.2.2. Технологический маршрут "Жесткая маска"
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
5.1. Анализ статических характериетше
5.1.1. Методика измерений статических характеристик
5.1.2. Результаты измерений вольтамперных характериетше
5.2. Анализ шумовых характеристик
5.2.1. Методика измерений шумовых характеристик
5.2.2. Результаты измерений шумовых характеристик
5.3. Экспериментальные результаты по детектированию а- (3- у- частиц
5.3.1 Методика исследования детектирования
5.3.2. Детектирование а-частиц
5.3.2. Детектирование р-частиц
5.3.3. Детектирование у-частиц
5.3 Исследование радиационной стойкости многоцелевого координатного детектора к и потоку электронов и дозе у- излучения
5.3.1 Методика измерений радиационной стойкости
5.3.2. Результаты измерений радиационной стойкости
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Регистрация и видеоизображение различного типа излучений от видимого света и до частиц высоких энергий является важнейшей частью широкого круга научных, технических и прикладных задач. Физика элементарных частиц и астрофизика, ядерная физика и техника, таможенный контроль, медицина и биология, лазерная физика и техника, техника оптической связи - вот далеко не полный перечень приложений с использованием новых детекторов регистрации излучений.
Высокое качество регистрации радиационных частиц и излучений определяется целым комплексом электрофизических параметров детектора, таких как спектральное, координатное и временное разрешение, динамический диапазон, чувствительность, радиационная стойкость и т.д.
В настоящее время для регистрации радиационных частиц и квантов и получения видеоизображений различных видов радиационных излучений применяются полупроводниковые детекторы, построенные на основе полосковых - стриповых р-п переходов, лавинно-пролётных диодов (ЛПД), приборов с зарядовой связью (ПЗС), газовых и вакуумных умножителей и т.д. Проведенный в диссертации анализ известных типов координатных детекторов показал, что такие детекторы не позволяют достичь теоретического предела ПО чувствительности, быстродействию (Сыб<10 не) и координатной точности (Ах=Ау<10 мкм), имеют узкий динамический диапазон и ограниченную область применения. Также был сделан вывод, что наилучших результатов при детектировании радиационного излучения можно достичь при использовании в конструкциях координатных детекторов функционально-интегрированных структур (ФИС), при этом данные структуры в сочетании со специализированными схемами управления, расположенными в одном кристалле с детектирующей матрицей, могут быть реализованы на основе современных БИ-КМОП технологий цифровых и аналоговых СБИС.

0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0
Рис. 2.4 Зависимости величины Дя от расстояния между дном зоны проводимости (Ес) и уровнем Ферми (Г).
Максимальное значение Ая для одновалентного дефекта с АБа = 0 должно быть практически равно единице. Однако для Л-центра максимальное значение Дя существенно ниже единицы (см. рис. 2.4). Это может свидетельствовать о том, что АЗ < 0. Действительно, зависимость Аи(Е), рассчитанная для значений Шл И А5д, значительно лучше согласуется с экспериментальными данными, чем аналогичная зависимость, рассчитанная для АНа = Рш и АЗл = 0 (см. рис. 2.4). Но ни та, ни другая кривая, рассчитанные по одноуровневой модели, не могут удовлетворительно описать экспериментальные данные во всем исследуемом интервале температур. Так, например, если кривая А хорошо описывает высокотемпературную часть экспериментальной зависимости, то кривая В -только ее низкотемпературную часть.
На рис. 2.5 показаны температурные зависимости величины в(Т). Обозначения экспериментальных кривых те же, что и на рис. 2.5.
Зависимости АЕЛ(Т) показаны прямыми: А11л = ОД 60 эВ, АЗЛ = -1,25к эВ/К (IV) и АНа = 0,146 эВ, АЗЛ = -2,ЗА: эВ/К (З&Т); а кривая М рассчитана по модели дивалентного центра.