Арсенид галлия : Радиационные дефекты и ионизационные детекторы ядерного излучения

• Автор: Потапов, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1.ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ
(литературный обзор)
1.1. Полупроводниковые детекторы ядерного излучения
1.1.1. Характеристика ОаАк как материала
для производства 1І11Д
1.1.2. Арсенид галлиевые полупроводниковые детекторы
1.1.2.1. ППД на основе объемного ОаАй
1.1.2.2. ППД на основе эпитаксиального ОаАх
1.1.2.3. Радиационная стойкость ППД на основе ОаАя
1.2. Радиационные эффекты в арсениде галлия
1.2.1. Электрофизические свойства
1.2.2. Спектр уровней радиационных дефектов
1.2.3. Время жизни носителей заряда
1.2.4. Взаимодействие радиационных дефектов
и химических примесей
1.2.5. Влияние температуры облучения и положения уровня (квазиуровня) Ферми на эффективность компенсации
и спектр радиационных дефектов
1.2.6. Термическая устойчивость радиационных дефектов
Выводы
2. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ, ОБЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОНАМИ, ПРОТОНАМИ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ
2.1 Методика эксперимента

2.2. Электронное облучение
2.2.1. Электрофизические свойства
2.2-2. Отжиг радиационных дефектов
2.3. Протонное облучение
2.3.1. Электрофизические свойства
2.3.2. Электронное переключение в ОаЛз.
облученном протонами
2.3.3. Изохронный отжиг СіаЛї, облученного протонами
2.3.4. Полуизолируклций СЗаАБ <Сг>, облученный
ионами Н+(Е=5МэВ)
2.4. Облучение быстрыми нейтронами
Выводы
3 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ, КОМПЕНСИРОВАННОГО Сг
3.1 Методика эксперимента
3.2 Параметры 111Щ на основе ОаАв<Сг>
3.2.1. Шумовые характеристики ППД
3.2.2. Энергетическое разрешение ППД
3.2.3. Эффективность сбора заряда
3.3. Радиационная стойкость структур ОаАх<Сг>
3.4. Восстановление параметров облученных ППД (ОаА5<Сг>)
при изохронном отжиге
3.5. Испытания структур на пучке
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Полупроводники обладают высокой чувствительностью к ядерным излучениям (гамма- лучи, электроны, протоны, нейтроны, осколки ядерных реакций), что обусловило интерес к их использованию в качестве детекторов высокоэнергетических излучений. Преимуществами ионизационных полупроводниковых детекторов (ППД) по сравнению с газовыми и сцинтшшя-ционными являются малые габариты, простота изготовления и более низкая стоимость. Первые ППД изготавливались, главным образом, на основе германия и кремния, что было обусловлено хорошо развитой технологией выращивания данных материалов. Арсенид галлия привлекает особый интерес исследователей по ряду причин. Во-первых, ОаАя как материал для производства детекторов удачно сочетает в себе характерные особенности германия и кремния. Имея близкие с Ое значения плотности б (5.32 г/см3) и атомного номера I (31 для С/а и 33 для Ая), он обладает близкой с германием тормозной способностью высокоэнергетических частиц, при этом, как и кремниевые, арсенид галлиевые детекторы могут работать при комнатных температурах. Вторая особенность детекторов ядерных излучений на основе ОаАя — это их более высокая радиационная стойкость по сравнению с кремниевыми, Что важно при их использовании в физике высоких энергий. Именно по этой причине в последние годы ППД на основе ОаАя уделяется такое большое внимание. Развитие технологии выращивания арсенида галлия позволило к настоящему времени получать как объемные, так и эпитаксиальные материалы высокого качества, что открывает возможности изготовления ППД с высокими техническими параметрами.
Одна из важнейших особенностей ППД, в том числе и на основе ОаАя, состоит в том, что при прохождении высокоэнергетических излучений в кристаллической решетке полупроводника накашиваются радиационные нару-

Впервые нашими исследованиями было показано, что в образцах ОаАз, облученных электронами, имеет место уменьшение удельной электропроводности, как и при бомбардировке быстрыми нейтронами /18/. Дозовая зависимость удельного сопротивления <р(Б)> в области интегральных потоков электронов, больших 1018 см'2, хорошо описывается эмпирическим соотношением вида <р(П)>~[)'ш. Если предположить, что при облучении ОаАв (при Т=300 К ) накапливаются преимущественно первичные дефекты, то можно записать, что (где Ирд- концентрация первичных
радиационных дефектов ). и отсюда <р(0)>~1фл ш. Таким образом, изменения <р> при больших потоках электронов определяются скоростью накопления радиационных дефектов (РД), а не особенностью их природы.
Характер изменения <р(Т)> в области больших Б не зависит от свойств исходных кристаллов и определяется только величиной интегрального потока электронов (рис.2.3). Зависимость <р(Т)> для всех образцов может быть описана соотношением вида /58
где первый член описывает высокотемпературную область <р(Т)>, а вклад второго члена в общее изменение <р(Т)> увеличивается с ростом интегрального потока электронов, особенно в области низких температур. Энергия активации сопротивления ЕТ) является функцией температуры и зависит от дозы облучения, уменьшаясь в области низких температур до значений ~ 0.03 эВ (вблизи 77К) в образце, облученном потоком электронов до—1019 см'2. Первый член соотношения (2.2) описывает вклад свободных носителей заряда в проводимость, в то время как дозовые и температурные-зависимости <р(Т)> для второго члена указывают на его связь с перескоко-вой проводимостью носителей по локальным состояниям РД. Детально эта область р(Т) была изучена на образцах ОаАз, облученных протонами (Е=5 МэВ).