CC BY
23
ДЕТЕКТОРЫ РЕНТГЕНОВСКОГО И ГАММА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ Al-nGe-pSi-Au СТРУКТУРЫ
Муминов Р. А., Раджапов С. А., Тошмуродов Ё. К., Раджапов Б. С.
4. ПЛАЗМЕННЫЕ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ, МИКРОВОЛНОВЫЕ
И ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
4.1. ДЕТЕКТОРЫ РЕНТГЕНОВСКОГО И ГАММА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ Al-nGe-pSi-Au СТРУКТУРЫ
Муминов Рамизулла Абдуллаевич, д-р физ.-мат. наук, академик, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз, e-mail: detector@uzsci.net
Раджапов Сали Аширович, д-р физ.-мат. наук, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз, e-mail: rsafti@mail.ru
Тошмуродов Ёркин Кахрамонович, аспирант, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз, e-mail: detector@uzsci.net
Раджапов Бекжан Салиевич, аспирант, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз, e-mail: detector@uzsci.net
Аннотация: в данной работе представлены особенности производства детекторов ядерного излучения диаметром до 10 мм и толщиной до 1,4мм, на основе Al-nGe-pSi-Au структур. Показаны особенности вольтамперных и радиометрических характеристик.
Ключевые слова: полупроводниковый Al-nGe-pSi-Au детектор, монокристаллический кремний, чувствительная область, «мертвый» слой.
DETECTORS OF X-RAY AND GAMMA RADIATION ON THE BASIS OF AL-nGe-pSi-Au STRUCTURE
Muminov Ramizulla Abdullaevich, doctor of sciences, academic, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of Uzbekistan, e-mail: detector@uzsci.net
Radzhapov Sаli Ashirovich, doctor of sciences, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of Uzbekistan, e-mail: rsafti@mail.ru
Toshmurodov Yоrkin Kaxramonovich, PhD student, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of Uzbekistan, e-mail: detector@uzsci.net
Radzhapov Bekjan Sаlievich, PhD student, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of Uzbekistan, e-mail: detector@uzsci.net
Abstract: this paper, features of the development of nuclear radiation detectors 10 mm and thicknesses 1.4 mm of the sensitive region based on Al-nGe-pSi-Au structures are presented. The features of their volt-ampere and radiometric characteristics are shown.
Index terms: Semiconductor Al-nGe-pSi-Au detector, monocrystalline silicon, sensitive region, «dead» layer.
Гамма и рентгеновские лучи одни из наиболее проникающих видов ионизирующих излучений, поэтому при внешнем облучении они представляют для человека наибольшую опасность, в частности и такой источник гамма-лучей, как Солнце. Гамма-излучение возникает при мощных солнечных вспышках. Из самых далеких наблюдаемых гамма источников можно отметить активные ядра галактик и квазары.
Детекторы рентгеновского и гамма излучений широко представлены на мировом рынке, однако они рассчитаны на измерение радиационного излучения в диапазоне, значительно превышающим фон, в то время как есть необходимость измерение контроля слабого радиационного сигнала, когда его уровень соизмерим с уровнем фона.
В связи с этим необходимы компактные и точные спектрометрические детекторы, работающие как в счётном, так и
спектрометрическом режимах. Необходимость контроля и обнаружения рентгеновского и гамма излучения, в области малых фонов обусловлена потребностью многих отраслей экономики (строительство, производство строительных материалов, коммунальное хозяйство, лабораторная практика, защита населения от радиации и т.д.). Также они необходимы на предприятиях горнорудной промышленности, по добыче и переработке минерального сырья, нефти, газа, угля. Используются для обследования и оценки радиационной обстановки окружающей среды.
Целью данной работы является исследование возможности создания детекторов рентгеновского и гамма излучения на основе М-пСе-рБнАи структуре.
М-пСе-рБнАи структуры изготавливали из кремния р-типа (р=6-8кОм.см) диаметром чувствительной области (5-8) мм, с
Computational nanotechnology
3-2017
ISSN 2313-223X
высоким временем жизни (1000мкс) неосновных носителей заряда кремния, выращенных методом зонной плавки, по специальной поверхностно-барьерный технологии [1]. Для получения гетероперехода на поверхности р-Б|, методом вакуумного напыления при давлении 3х10-5 мм.рт.ст. наносили контакты на основе аморфного пСе(300А) и Д!(300А), а на обратной тыловой сторонеДи(~200А) - контакты.
• Щ f%
Рис.1. Внешний вид детекторов на основе Д!^е-р51-Ди структуры. Затем готовые детекторы помещали в корпуса. На рисунках 1 и 2 показаны внешний вид и конструкция детекторов на основе Д!-пСе-рБ1-Ди структуры
-Z
U
] 5 СЮ Нсзлер канала
Рис.3. Энергетический спектр детектора: по ОС -частицам221^ (Е „ =7,65 МэВ) при и = 100 В.
Рис.4. Вольтамперная характеристика полупроводникового детектора на основе Д!^е-р51-Ди структуры.
В изготовленных детекторах на основе Д!-пСе-рБ1-Ди структуры, при температуре Т=250С и рабочем напряжении иобр=(180-200)В, получены следующие характеристики:
- темновой ток 1=0,5-1,5 мкА, (Рис.4)
- емкость С=220 пФ,
- шумы Еш=7-9 кэВ,
- толщина входного окна ДЕвх = ( 13±5 ) кэВ, выходного ДЕвых = (22±5) кэВ («мертвый» слой),
- энергетические разрешение по Ат241 с энергии Еу=59 кэВ составляется 780 кэВ, при Т = -350С. (Рис.5.)
Рис.2. Конструкция детектора на основе Д!^е-р51-Ди структуры.
В работе так же исследовано влияние поверхностного состояния на образование гетереперохода. Из вольт-фарадных характеристик определялась высота потенциального барьера ф гетереструктуры, который для исследованных детекторов составили 0,6-Ю,9 эВ.
На основе анализа спектрометрических характеристик, было обнаружено корреляция между энергетическим разрешением и высотой потенциального барьера - ф. Также обнаружено различие в распределении примесей по площади и их интегральной плотности, которое существенно влияет на электрические параметры структуры Д!- пСе-рБ1 -Ди. При этом неравномерность распределения примесей и увеличение интегральной плотности приводит к увеличению значения обратного тока и энергетического эквивалента шума. В изготовленных детекторах измерялось энергетическое разрешение. Исследования показали, что энергетическое разрешение по а-частицам на обоих сторонах (входных и выходных окнах) оставались одинаковыми(Рис.3.).
М, Ю3 нмп
Рис.5. Энергетические спектры детектора под рентгеновским излучением 241Ат.
Таким образом, в результате исследования и проведения технологических работ, нами разработана схема изготовления детектора на основе Д!-пСе-рБ1-Ди структуре. Оптимизированы технологические режимы, исследованы электрофизические и радиометрические характеристики изготовленных детекторов на основе Д!-пСе-рБ1-Ди структуре при температуре от Т =+250С до -350С.
Список литературы:
1. Акимов Ю.К. и др. Полупроводниковые детекторы и экспериментальной физики. -М.: Энергатомиздат, 1989. -271с.
