Исследование нестационарных процессов в p-i-n CdTe детекторах рентгеновского и гамма излучения

• Автор: Ильвес, Андрей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Полупроводниковые детекторы проникающего излучения.

1.1. Поглощение ионизирующего излучения в твердом теле

1.1.1. Фотоэффект.

1.1.2. Комптоновское рассеяние

1.1.3. Образование пары электронпозитрон

1.2. Энергетическое разрешение детекторов.

1.2.1. Статистические флуктуации

1.2.2. Флуктуации сбора заряда

1.2.3. Шумы детектора.

1.2.4. Шумы спектрометрического тракта
1.2.5. Энергетическое разрешение спектрометрической системы
2. Исследование распределения напряженности электрического поля
в полупроводниковых детектирующих структурах на основе С1Те
2.1. Поляризация детекторов на основе СсГГс.
2.2. Электрооитический эффект.
2.3. Экспериментальная установка и методика определения распределения напряженности электрического поля.
2.4. Технология изготовления образцов.
2.5. Математическая модель полупроводникового диода.
2.6. Детекторы на основе структуры металлполу проводникметалл
2.7. Детекторы на основе рп структуры.
2.8. Кинетика поляризации рп СсТе детекторов.
3. Исследование спектрометрических характеристик
рп СсТе детекторов
3.1. Расчет амплитудных спектров рп СсТе детекторов
по методу МонтеКарло.
3.1.1. Поглощение излучения в материале детектора
3.1.2. Фотоэлектрический эффект
3.1.3. Комптоновское рассеяние
3.1.4. Образование пары электронпозитрон.
3.1.5. Аннигиляция позитрона.
3.1.6. Потери энергии при движении электрона и позитрона.
3.1.7. Тормозное излучение.
3.1.8. Статистические флуктуации заряда
3.1.9. Генератор случайных чисел.
3.1 Сбор заряда в детекторе и формирование
амплитудного спектра.
3.2. Моделирование амплитудных спектров рп СсТе детекторов
3.3. Влияние шумовой составляющей на энергетическое
разрешение детекторов
3.4. Влияние температуры на спектрометрические характеристики
рп СсГГс детекторов
3.5. Коррекция потерь заряда.
3.6. Влияние неоднородности материала на спектрометрические
свойства рп СсГГе детекторов
3.7. Прогнозирование спектрометрических и эксплуатационных
параметров рп СсТе детекторов.
3.8. Спектрометрическая система на основе рп СсТе детектора
Заключение.
Литература


Причина этой нестабильности, вероятно, связана с изменением условий собирания заряда в і-области детектора. Если р-і-п структура создана на полупроводнике, компенсированным глубокими уровнями, распределение поля в средней области может стать неравномерным из-за нарушения заполнения некоторых компенсирующих уровней. Уже на начальном этапе разработки технологии изготовления детекторов ядерных излучений из бинарных полупроводников (СсІТе, Н^2 и др. СсГГе компенсированного хлором и обычно обозначается как поляризация. Но истинная причина такой нестабильности не была определена. Целью работы являлось создание детектирующих структур на основе монокристаллов СсГГе и исследование их параметров для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик детекторов: энергетического разрешения, сравнимого с ве детекторами (1. В для энергии 2 кэВ), эффективности регистрации гамма излучения с энергией от до кэВ, временной стабильности (при времени непрерывной работы 8 часов). Проведено экспериментальное и численное исследование распределения электрического поля в рч-п структурах из высокоомного СсП'е с различными условиями на контактах, включающее определение динамики и степени локализации деформирования поля. Дано объяснение эффекту временной нестабильности («поляризации») детекторов изготовленных из полупроводниковых кристаллов С(1Те, Сб2пТе. Практическое значение работы заключается в создании детекторов гамма и рентгеновского излучения и их внедрении в практику разработки портативных спектрометрических приборов и портативных рентгенофлюоресцентных анализаторов. Данные приборы по ряду параметров превосходят известные аналоги и имеют более широкий спектр функциональных возможностей. Разработаны p-i-n CdTe детекторы гамма и рентгеновского излучения с энергетическим разрешением близким к детекторам из Ge и Si. Детекторы объемом 0 мм3 имеют разрешение по линии 2 кэВ равное 2. В, а по линии 2 кэВ равное 1. В, что сравнимо с кремниевыми и германиевыми детекторами, у которых разрешение по линии 2 кэВ составляет 1. В, а по линии 2 кэВ разрешение 0. Radiant Detector Technology LLC: "Разработка и применение улучшенной электроники и технологии приборов для: Спектрометрической системы с Пельтье охлажденным CdTe детектором ("Polaris") от и дополнений к нему от - гг. Ильвеса А. Г. в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАИ и в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина). Причиной временной нестабильности характеристик СсіТе р-і-п детекторов является изменение распределения напряженности электрического поля в і-области р-і-п структуры из-за образования отрицательного объемного заряда и нарушения компенсации і-области при перезарядке глубоких центров. Моделирование амплитудных спектров детекторов р-і-п структуры по методу Монте-Карло с учетом распределения электрического поля и транспортных характеристик в объеме детекторов является эффективным методом прогнозирования достижимых характеристик (энергетическое разрешение, эффективность регистрации, временная стабильность) детекторов. Поглощение ионизирующего излучения в твердом теле Использование полупроводника в качестве детектора излучения основано на поглощении излучения материалом. Фотоэлектронное поглощение (фотоэффект). Неупругое рассеяние (эффект Комптона). Рождение электрон-позитронной пары. В каждом из этих процессов фотоны поглощаются индивидуально и в результате выводятся из пучка. П количество фотонов, поглощенных в слое еЬс, I количество падающих фотонов. При фотоэффекте фотон с энергией Еу взаимодействует с атомом поглотителя как с единым целым. Вся энергия фотона расходуется на выбивание электрона, обычно с одной из внутренних оболочек. Еь - энергия связи орбитального электрона в атоме. При этом первичный фотон поглощается, а возбужденный атом испускает через некоторое время один или несколько фотонов характеристического рентгеновского излучения с суммарной энергией, равной Еь. В нерелятивистском случае, когда Еу=Иу<, 0. Z- заряд ядра атома, т - масса электрона, г0 = 2.