Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
В случае однородного электрич. поля At = Wjv, где W — толщина чувствйт, области. Материал для П. д. не должен содержать большого кол-ва примесных центров, к-^ые приводили бы к захвату носителей заряда, образующихся прн ионизации.
В природе не существует веществ, к-рые имелH бы значения р, щ т, S0, необходимые для П. Д- Диэлектрики обладают высоким р, но очень малым т, поэтому на их основе возможно создание детекторов лишь с тонкой чувствит. областью. Так, на основе алмазов созданы детекторы с толщиной рабочей области D ^ 300 мкм. Полупроводники обладают нужными S0, т, однако их сопротивление р (даже прр высокой степени очистки от примесей) оказывается ниже требуемого для обеспечения малого темнового тока (табл.).
Характеристики некоторых полупроводников, применяемых для полупроводниковых детекторов
Плот- ность, г/см® ц, см2/Вс T с
Вещество (Г=300 К) Se, эВ Se* эВ элект- роны дырки элект- роны дырки
Si Ge (7 7 К) CdTe GaAs HgIj 2.33 5.33 6,06 5,32 6,4 1, 12 0,79 1,47 1,42 2, 13 3,61 2,9В 4,43 4.2 4.2 1350 3,6- 10* 1000 8- IOs 100 480 4,5. IO4 80 450 4 2- Ю-4 2-Ю'4 10“» 10“» 10“* 10“* 2. 10~‘ 2-10“» 5- 10“* 10-* IO-* Ю”»
Необходимые условия реализуются в области р — п-перехода, обеднённой носителями, где р на неск. порядков выше, чем вне перехода. Обычно толщина области р — п-перехода W1 обеднённая носителями заряда,— чувствит. область П. д.— мала (<;10-4 см). Практич. значения такой р — п-переход не представляет, т. к. пробеги R заряж. частиц, как правило, существенно больше и в области р — «-перехода выделяется малая часть энергии частицы. Для увеличения W на р — п-переход подают обратное смещение U, к-рое увеличивает размер обеднённой области в соответствии с соотношением W = bjSpu, где b — константа, характеризующая полупроводник. Так, для «-Si b = 0,5. для р-Si Ь = 0,3, для n-Ge Ь ~ 1, для p-Ge Ь = = 0,65. При этом через р — п-переход течёт темновбй ток разл. происхождения: за счёт тепловой генерации электронов н дырок /гев = exp (-SgIkT), где Sg — ширина запрещённой зоны в полупроводнике; ток диффузив ^диф за счёт неравномерной концентрации носителей.
жение полупроводникового детектора.
ток поверхностной утечкн /пов- Для уменьшения Irtv необходимы материалы с достаточно большой #g (в случае Ge — охлаждение). Для уменьшения Z1108 выбирают спец. геометрию П. д., используют обработку поверхности и разл. покрытия. Наиб, употребят, материалами для П. д. являются Si и Ge.
Тнлы полупроводниковых детекторов. В зависимости от способа создания р — п-перехода различают поверхности о-барьериые, диффузионные и ионно-легированные П. д. В поверхиостно-барьерных П. д. р — «-переход создаётся нанесени-
— + ем на поверхность полу-
проводника металла испарением в вакууме (см. Шоттки барьер; рис. 1). Прн определ. значениях р н U можно обеспечить полное обеднение носителями и получить детекторы с чувствит. областью, равной всей толщине пластинки полупроводника,вплоть до 2—3 мм. Нечувствит. областями в таких детекторах являются переднее н заднее окиа, суммарная толщина к-рых может быть доведена до долей мкм.
В диффузионных П. д. переход создаётся диффузией донорных (или акцепторных) атомов в порто. 1. Схематическое изобра- л у проводник с провод н-
мостью р- или п-типов. Толщина входного окна в диффузионных детекторах существенно больше, чем в поверхностно-барьерных, однако переход менее чувствителен к внеш. условиям.
В ионно-легиров. П. д. переход создаётся внедрением примесных атомов в кристалл при облучении его пучком ионов (см. Ионная имплантация). Обычно внедряется бор в полупроводник n-типа и фосфор в полупроводник p-типа (см. Легирование полупроводников). Толщина входного окна в иоино-легнров. П. д. может достигать величины ~1 мкм. Для обеспечения высоких характеристик ионно-легиров. П. д. необходим отжнг радиационных дефектов, к-рые возникают прк внедрении ионов.
Существ. увеличение обеднённой области в П. д. достигается компенсацией исходного материала до собственной (і) проводимости с помощью дрейфа понов Li в поле р — n-перехода. На основе ріп-диода созданы П. д. с толщиной чувствит. области W — 10—15 мм и с объёмом V = 100—150 см3 (рнс. 2). Из-за относи-
Рис. 2. Конфигурации германиевых детекторов, активировании х Li (ріп-структу-ра): а — коаксиального. б — планарного.
тельно высокой подвижности ионов Li в Ge И Si при T1=SO0C для литий-дрейфовых П. д. необходима (постоянно) низкая темп-ра, для Ое(Ьі)-детекторов необходима темп-ра жидкого азота, для Si (Li)-детекторов достаточна T — (—20)— (—10) °С. Разработаны методы очисткп Si и Ge до состояния, близкого к собств. Пробі 4 Физическая энциклопедия, т. 4
водимостн (для Ge разностная концентрация р- й п-прймесен составляет 2-Ю'10 см'3). На этой основе созданы т. и. HPGe-детекторы (high purity Ge), для к-рых нет необходимости охлаждения во время хранения, но необходимо охлаждение при работе с целью уменьшения шумов.
Преимущества П. д. по сравнению с др. детекторами частиц: пропорциональность сигнала энерговыделению Д/ частицы в веществе П. д. в широком диапазоне / (неск. порядков), малая толщина входного окна, нечувствительность к маги, полю, высокое экерге-тич. разрешение за счёт малости «*0, компактность и др. Однако реализация этих характеристик требует применения сложных электронных устройств. По назначению П. д. можно подразделить на спектрометрические, временные, координатные.