CC BY
53
05.14.03
ЯДЕРНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, ВКЛЮЧАЯ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРЕПЕРЕХОДНЫХ СТРУКТУР Al-aGe-pSi-Au ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОИНТЕНСИВНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Раджапов Сали Аширович, д-р физ.-мат. наук, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент, Узбекистан. E-mail: [email protected]
Рахимов Рустам Хакимович, д-р техн. наук, зав. лабораторией № 1 Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент, Узбекистан. E-mail: [email protected]
Джапклич Мустафа, канд. техн. наук, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент, Узбекистан
Зуфаров Марс Ахмедович, старший научный сотрудник Физико-технического института НПО «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент, Узбекистан. Е-mail: [email protected]
Раджапов Бегжан Салиевич, аспирант, Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз. Ташкент, Узбекистан. E-mail: [email protected]
Аннотация. В данной работе рассмотрены технологические особенности изготовления детекторов ядерного излучения диаметром до 100 мм и толщиной до 0,5 мм, на основе Al-nGe-pSi-Au структур. Исследованы особенности вольтамперных и радиометрических характеристик детектора.
Ключевые слова: полупроводниковый Al-nGe-pSi-Au детектор, монокристаллический кремний р-типа, чувствительная область, «мертвый» слой, альфа-частиц.
SEMICONDUCTOR NUCLEAR RADIATION DETECTORS ON THE BASIS OF HETEROJUNCTION STRUCTURES OF Al-aGe-pSi-Au FOR MEASUREMENT OF LOW INTENSIVE IONIZING RADIATIONS
Radzhapov Sаli Ash., doctor of sciences, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan
Rakhimov Rustam Kh., doctor of technical Sciences, head of laboratory № 1, Institute of materials science «Physics-sun», Uzbekistan Academy of sciences. Tashkent, Uzbekistan
Dzhanklich Mustafa, PhD, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences. Tashkent, Uzbekistan
Zufarov Mars A., elder science researcher Physical-Technical Institute, «Physics-Sun», Uzbekistan Academy of sciences. Tashkent, Uzbekistan
RadzhapovBegjanS., PhD student, Physical-technical Institute, SPA «Physics-Sun», Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. Tashkent, Uzbekistan
Abstract. In this paper, features of the development of nuclear radiation detectors 100 mm and thicknesses 0.5 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.
Key words: Semiconductor Al-nGe-pSi-Au detector, monocrystalline silicon p-tip, sensitive region, «dead» layer.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРЕПЕРЕХОДНЫХ СТРУКТУР А1-аве-р5'1-Аи ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛО ИНТЕНСИВНЫХ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Раджапов С.А., Рахимов Р.Х., Джапклич М., Зуфаров М.А., Раджапов Б.С.
Многие фундаментальные проблемы современной ядерной физики и ряд прикладных научно-технических задач связаны с исследованием малоинтенсивных источников ионизирующего излучения.
Для измерения таких заряженных частиц требуется детектор со значительной, большой чувствительной областью и тонким «мертвым» слоем входного и выходного окна, а также с высокими электрофизическими, радиометрическими характеристиками в широком диапазоне напряжений внешнего обратного смещения электрического поля на структуре.
Работа посвящена разработке технологии изготовления и комплексу исследований электрофизических и радиометрических характеристик полупроводникового детектора (ППД) на основе гетероструктуры А1^е^иАи толщиной чувствительной области Ш = 0,15-0,5 мм, диаметром чувствительной области 40-110 мм, на основе высокоомного р^ (6-8 кОм • см, 1000 мкс), вырезанные в виде шайб толщина ~700 мкм. На рис. 1 показана конструкция и внешний вид детектора. Полупроводниковый детектор (ППД) на основе гетероструктуры Al-aGe-pSi-Au изготовлен по кремниевой поверхностно-барьерной технологии [1].
Рис. 1. ППД (А1- aGe-pSi-Au ) большого диаметра: а - в разрезе; б - внешний вид
Для получения гетероперехода на поверхности р^, методом вакуумного напыления при давлении 3 • 10-5 мм рт. ст. наносили контакты на основе аморфного aGe (300 А) и А1 (300 А). На обратную, тыловую сторону наносили слой Аи (~200 А) - который является контактом. Затем готовые детекторные структуры помещали в корпуса. (см. рис.1).
х, мм
а
Рис. 2. Топограмма энергетического разрешения а-частиц 22^а (Еа = 7,65 МэВ) при и = 100 В по площади чувствительной области детектора: а - входное окно (Аи); б - выходное окно (А1)
Нами были исследованы формы амплитудных спектров а-частиц 226Ка в различных участках чувствительной области детектора и топография скорости счета на участках по площади входного и выходного окна детекторов. Сканирование а-частицами 226Ка с энергией Еа = 7,65 МэВ проводили через латунную маску размером 20,5 мм. На рис. 2 представлены топограммы энергетического разрешения а-частиц 226Ка (Еа =7,65 МэВ) по площади чувствительной области входного (рис. 2а) и выходного (рис. 2б) окна детектора. Энергетическое разрешение по всем участкам сканирования составляло
= 856 кэВ для линии = 7,65 МэВ. Исследования показали, что форма и спектр энергетического разрешения не отличаются существенно по площади входного и выходного окна детекторов. Величина энергетического разрешения определялась, в основном, емкостными шумами.
Электрофизические и радиометрические характеристики, изготовленных детекторов, находились в пределах ираб = 15-100 В, /обр = 10-7-10-6 мкА, С = 1000-2500 пФ, Еш = 48-75 кэВ, энергетическое разрешение по 226Ка ^а = 85-100 кэВ (Еа = 7,65 МэВ) (см. рис. 2, 3), толщина входного окна ДЕвх = 10 ± 5 кэВ, выходного ДЕвых = 20 ± 5 кэВ соответственно. В изготовленных детекторах измерялись электрофизические и радиометрические характеристики, и эти характеристики сравнивали с соответствующими характеристиками поверхностно-барьерных детекторов (ПБД) аналогичной геометрии, изготовленных из п-типа кремния, р ~ 3-8 кОм • см [2].
Преимуществом детекторов изготовленных из р^ является малое рабочее напряжение и ~ 30-200 В и относительно малые потери энергии во «входном» и «выходном» окнах (ДЕвх ~ 8-15 кэВ, ДЕвых ~ 20-25 кэВ).
На рис. 4 представлена обратная ветвь вольтамперной и вольтфарадной характеристик гетероструктур Al-aGe-pSi-Au большого диаметра (=100 мм). Как видно из рис. 4, ток и емкость насыщения в них линейна с небольшим уклоном.
Таким образом, в результате исследования и проведения технологических работ, нами разработана схема изготовления детектора больших размеров на основе Al-nGe-pSi-Аи-структуры. Оптимизированы технологические режимы, исследованы электрофизические и радиометрические характеристики изготовленных детекторов на основе Al-nGe-pSi-Аи-структуры при комнатной температуре. Изготовленные полупроводниковые детекторы, на основе гетероструктур А1^е^иАи большого диаметр, предназначены для исследования малоинтенсивных ионизирующих излучений.
Л/, имп.
1,5
I 1,0
о
н
г
0,5
_i_I_I_I_I_1_
100
150 200 U, В
4
1500 Номер канала
б
Рис. 3. Радиометрические характеристики Al-aGe-pSi-Au детектора:
S = 50 см2; W = 0,3 мм; а - счетные характеристики; б - энергетический спектр детектора по a-частицам 226Ra (Ea = 7,65 МэВ) при U = 100 В
3000
I, мкА
С, нФ 3
20 40 60 80 100 120 U, В
Рис. 4. Характеристики полупроводникового детектора на основе гетероструктуры Al-aGe-pSi-Au большого диаметра (=100 мм):
а - вольтамперная; б - вольтфарадная
Работа выполнена в рамках гранта А.3-18 и ФА-Атех-2018-233 прикладных исследований.
Литература
1. Раджапов С.А., Раджапов Б.С., Рахимов Р.Х. Особенности технология изготовление кремниевых поверхностно-барьерных детекторов большой чувствительной рабочей площадью для измерения активности естественных изотопов // Computational Nanotechnology, 2018. № 1. С. 151-154.
2. Муминов Р.А., Раджапов С.А., Раджапов Б.С., Зуфаров М., Мир-заев А.У. Исследование электрофизических и радиометрических характеристик кремниевых поверхностно-барьерных детекторов с большой чувствительной площадью // IV Международная конференция по «Оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро- и наноструктурах» 25-26 мая 2018 г. Фергана. С. 224-226.
