Кремниевые функционально-интегрированные пиксельные структуры координатных детекторов радиационных частиц

• Автор: Сычевский, Виталий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с.

Введение
ГЛАВА I ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВАЖНЕЙШИХ ХАРАКТЕРИСТИК КООРДИНАТНЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ

. 1. Полосковые детекторы

1.2. Полупроводниковые дрейфовые камеры

1.3. Приборы с зарядовой связью

1.4. Обедненный МОП транзистор ЭЕРМОБтранзистор

1.5. Дрейфовые фотодиоды

1.6. Примеры применения координатных детекторов и предельно достигнутые параметры

1.7. Анализ характеристик координатных кремниевых детекторов

Выводы к главе I

ГЛАВА . МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ПИКСЕЛЬНЫХ СТРУКТУР
2.1. Оценка ионизационных токов, создаваемых радиационными частицами
2.1.1. Расчет ионизационных токов генерируемых ачастицами
2.1.2. Расчет ионизационных токов генерируемых релятивистскими частицами
2.2. Анализ эффективности усиления ионизационных токов биполярных
и полевых транзисторов
2.2.1. Физикоматематическая модель биполярного пиксела
2.2.2. Физикоматематическая модель вертикальной полевой пикселы
2.2.3. Численноаналитическое моделирование усилителя ионизационного тока с использованием программного комплекса РЭрюе
2.2.4. Физикоматематическая модель чистодрейфового транзистора
2.3. Опенка шумовых факторов для биполярных и полевых пиксельных структур
2.4. Результаты моделирования
Вывод к главе II
ГЛАВА III. КОНСТРУКЦИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОИНТЕГРИРОВАННЫХ ПИКСЕЛЬНЫХ СТРУКТУР КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
3.1. Функционально интегрированные структуры пиксел
3.1.1. Алстивные пиксельные структуры биполярного типа .
3.1.2. Активные пикселы на базе транзисторных структур полевого типа
3.1.3. Пиксельные МОП структуры
3.2. Схемотехника координатных детекторов
3.2.1. 2х координатный детектор радиационных частиц
3.2.2. Координатный детектор радиационных частиц с последовательным опросом строкстолбцов
3.2.3. 2х координатный детектор с амплитудной дискриминацией шумового фона
Выводы к главе III
ГЛАВА IV КРЕМНИЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КООРДИНАТНЫХ
ДЕТЕКТОРОВ
4.1. Основные этапы изготовления стриповых детекторов
4.2. Технологические маршруты изготовления координатных детекторов на базе пиксел биполярного и полевого типа
Выводы к главе IV
ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
5.1. Электрические схемы и методики измерения статических
характеристик активных пиксел детекторов
5.1.1. Измерение коэффициента усиления 3.
5.1.2 Измерение токов коллекторэмиттер
5.1.3. Измерение тока коллекторбаза
5.2. Приборы, используемые для измерений
5.2.1. Вольтметр цифровой универсальный В7
5.2.2. Характериограф типа
5.2.3. Источник напряжения ВИП9
5.2.4. Зондовая установка с тремя подвижными зондами на базе микроскопа МВС9
5.2.5. Генератор импульсов Г5
5.2.6. Осциллограф С1
5.3. Результаты измерений статических характеристик
5.3.1 Измерения статических характеристик матричных сборок пиксел на платине с удельным сопротивлением рОмО с дозой легирования р базы мккулсм2 Е кэВ
5.3.2 Измерения статических характеристик матричных сборок пиксел на платине с удельным сопротивлением рОмС с дозой легирования р базы 7,2 мккулсм2 Е7,5 кэВ
5.4. Основные теоретические положения методов детектирования
радиационных частиц
5.4.1. Схема формирования спектра
5.4.2. Схемотехника и характеристики зарядовочувствительных
предусилителей
5.5. Экспериментальные результаты по детектированию ачастиц
Выводы к главе 5 Заключение Приложение 1 Приложение 2 риложение 3 Литература
ВВЕДЕНИЕ


Дальнейший поиск привел к созданию быстродействующих координатных дегекгоров с использованием детекторов пиксельного типа, где вместо полосок р1п диодов использовались прп транзисторные структуры, однако, такие детекторы имели относительно высокий уровень шумов. В последние годы значительный прогресс микроэлектроники связан с использованием различных типов функциональноинтегрированных структур. Благодаря новым разработкам функциональноинтегрированных структур БИКМОП, ГСВТ, ДОЗУ и др. В связи с этим, возникло предложение применения функциональноинтегрированных структур в пикселах координатных детекторов. Целью проведенной работы стало проведение поисковых исследований и разработка быстродействующего Двыб не, высокоточного ДхДу мкм и радиационностойкого ФН4 элсм2 многоэлементного координатного детектора на основе принципов формирования функциональноинтегрированных микроэлектронных структур. Научная новизна работы. Сфуктур координатных детекторов. Проведена численная оценка основных парамефов разработанных сфуктур координатных детекторов. Разработаны биполярные и полевые функциональноинтегрированные структуры детекторов ачастиц. Проведен сравнительный анализ предложенных в работе структурнотопологических и технологических решений функциональноинтегрированных структур координатных детекторов, и выбран оптимальный вариант для реализации. Проведена численная оценка основных параметров разработанных структур координатных детекторов. Разработаны биполярные и полевые функциональноинтегрированные структуры детекторов ачастиц. Результаты расчетной оценки и экспериментальных исследований параметров и характеристик разработанных структур активных пиксельных координатных детекторов. Глава I. Рассмотрим наиболее известные типы кремниевых координатных детекторов с целью определения их возможностей по регистрации радиационных частиц. Рис. I Структура простейшего варианта микрополоскового детектора. На основе из высокоомного кремния обычно птипа с проводимости 1 3 кОм см создаются рппереходы в виде узких параллельных полос. Шаг полос определяется задачами эксперимента и возможностями съема информации и обычно составляет от до 0 микрон. Ширина робласти чаще всего близка к половине шага полосок. На обратной стороне детектора формируется сильно легированный слой пкремния. Между п и р4 слоями прикладывается обратное смешение, которое обычно выбирается таким, чтобы область обеднения основными носителями распространилась на всю толщину высокоомного кремния так называемое напряжение полного обеднения. В этом случае чувствительный объем определяется геометрическими размерами детектора и не зависит от однородности сопротивления высокоомного кремния и стабильности напряжения смещения. Каждая полоска работает при этом, как отдельный независимый рп диод и, как показано в работе 7, координатное разрешение детектора практически не зависит от соотношения между шириной робласти и шага полоски. Для подачи смешения и съема сигнала в простейшем варианте детектора непосредственно на р и побласти наносится алюминий. Iмкм уркОм см иоВ. Характерное значение этой емкости на единицу длины полоски 0,1 пФсм, что на порядок меньше емкости между соседними полосками 1 пФсм 8. Поэтому величину емкости между соседними полосками следует учитывать при оценках емкостной нагрузки, которую дает полоска. Темновой ток полоски определяется тремя компонентами, поверхностной, диффузионной и объемной
Первый член определяется, главным образом, технологией изготовления детектора. Обычно детектор считается хорошо сделанным, если вклад этого тока невелик по сравнению с остальными. Однако, в практических случаях, обычно, именно поверхностный ток определяет полный темновой ток. Второй член связан с диффузией носителей из не обедненных р и п4областей, соответственно, электронов и дырок в область рпперехода, который для них смещен в прямом направлении. Для детекторов с рьп структурой, работающих в режиме полного обеднения, этот ток обычно пренебрежимо мал при температу рах ниже 0С 9. V объем полупроводника. Используя П из табл.