Критические элементы p-i-n структур на основе высокоомного кремния. Анализ работы и модельные представления

• Автор: Ерёмин, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2Л. Кремниевые полупроводниковые детектирующие струк-
туры с р-п переходом - преимущества и области использования
2.2 Элементы стабилизации вольт амперных характеристик

р-п переходов
2.3. Выбор и обоснование физического принципа создания кремниевых р-І-П структур С торцевой чувствительно- ^ стью
2.4. Способ уменьшения влияния близко расположенного торца на характеристики р-і-п структур. Изоляция тор- ^ ^ ца
2.5. Заключение. Постановка задачи диссертационной рабо-

3. МЕЖСЕГМЕНТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В КРЕМНИЕВЫХ ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПРИЁМНИКАХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ р-п ПЕРЕХО-
ДОВ
3.1. Введение
3.2. Модельные структуры для исследования межсегментного сопротивления
3.3. Экспериментальные результаты
3.4. Обсуждение результатов
3.5. Заключение

4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ОХРАННЫХ
СТРУКТУРАХ С ПЛАВАЮЩИМИ КОЛЬЦЕВЫМИ р—п ПЕРЕХОДАМИ КРЕМНИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ
4.1. Введение
4.2. Образцы и техника эксперимента
4.3. Влияние на распределение потенциала в VTS удельного сопротивления кремния
4.4. Свойства межкольцевого промежутка VTS
4.5. Практическое использование результата
4.6. Заключение
5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В р—п
ПЕРЕХОДАХ КРЕМНИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ С ТОРЦЕВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ
5.1. Введение
5.2. Образцы и эксперимент
5.3. Экспериментальные результаты
5.4. Модели распределения поверхностного потенциала и электрического поля на торце edgeless-детектора
5.5. Заключение
6. ВЫВОДЫ
7. Список литературы
8. Список публикаций по теме диссертационной работы

1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность темы исследований
Инструментальное обеспечение экспериментальной физики высоких энергий многие десятилетия основывалось на газовых позиционно чувствительных детекторах [1] и трековых пузырьковых камерах [2]. Создание нового типа ускорителей - коллайдеров и проведение экспериментов на встречных пучках с недостижимой ранее энергией частиц потребовало разработки новых детектирующих систем. При столь высоких энергиях (в единицы ГэВ) и плотностях пучков сталкивающихся частиц возникают одновременно тысячи вторичных частиц, траектории которых расположены на расстояниях в десятки микрон, а времена жизни отдельных из них не превышают долей наносекунды. Очевидно, что упомянутые выше газовые детекторы не удовлетворяют требованию пространственного разрешения и быстродействия, а пузырьковые камеры не способны зарегистрировать траектории всех частиц при столь высокой плотности. Поэтому уже в 80-х годах прошлого века начались работы по применению кремниевых детекторов в физике высоких энергий, показавшие их перспективность [3]. Основное внимание было уделено позиционно чувствительным детекторам в виде матрицы отдельных р-п переходов. Этот путь привел к существенному прогрессу в пространственной разрешающей способности, повысив ее в десятки раз, а с применением кремниевой планарной технологии было достигнуто координатное разрешение в единицы микрон.
В тоже время, в рамках экспериментов на встречных пучках на Большом Адронном Коллайдере (БАК) в ЦЕРНе исследовалось полное сечение про-тон-протонного взаимодействия релятивистских протонов. Исследования в этой области позволяют получить константы для описания взаимодействия ускоренных частиц и в частности их дифракции. Для проведения таких измерений необходимо регистрировать частицы, рассеянные под предельно малыми углами по отношению к первичному протонному пучку. Эта задача ос-

ограничен лишь применениями, где регистрируются частицы больших энергий, т. е. когда полезный сигнал превосходит шумы электроники в трактах регистрации сигнала. На практике влияние шума приводит к значительным отклонениям, определенной таким образом координаты, от реальной точки регистрации (до 5 %) , что превышает допустимые погрешности в ряде задач.
Вторым принципом достижения позиционной чувствительности сенсоров на основе р-ьп структур (как и во многих других приборах) является сегментация чувствительного элемента. Следует указать, что именно этот принцип используется в подавляющем большинстве применений кремниевых детекторов излучений, начиная от медицины и завершая физикой высоких энергий и ядерной физикой. Этот принцип получил бурное развитие в связи с созданием многоканальных микроэлектронных систем регистрации сигнала, что позволило регистрировать информацию одновременно с сотен тысяч элементов сенсоров [62]. Как пример, следует указать на последние разработки в этой области [65-70], позволившие создать усилительные тракты регистрации сигналов от сегментов р-п переходов в габаритах самого сегмента, измеряемых сотнями квадратных микрон. Поскольку в таких системах используется параллельное считывание информации, то ограничение скорости счета частиц связано только с процессами в самом сенсоре и частотными характеристиками канала регистрации, а такой фактор, как случайные наложения сигналов во времени в сегментах микронного размера практически исключен.
Указанные выше достоинства сенсоров с сегментированными р-п переходами могут быть реализованы, лишь, при условии минимальной связи соседних сегментов структуры стрипов (сегментов в виде узких полос р-п переходов в полосковых детекторах) или пикселей (обычно квадратных или круглых изолированных сегментов р-п переходов в двумерных матрицах). На рис. 3. 2 представлен разрез сегментированной сенсорной структуры, в которой обозначены элементы определяющие взаимосвязь сегментов. По-