Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Спектрометрические полупроводниковые детекторы. Энергетнч. разрешение П. д. определяется: статистич. флуктуациями в числе носителей заряда 5.v#; потерями в собранном заряде за счёт рекомбинации носителей заряда, захвата их ловушками при движении к электродам б^р; флуктуациями в потерях энергии во входном окне П. д. 6ок; шумами электронных устройств 6, и шумами темпового тока 6Т. Полное разрешение П. д. по энергии равно:
Г 2 2.3 2 2 "I V*
Компонента связана с механизмом нонизац. по-
терь и определяет предельное разрешение. П. д. обладает нанлучшнм разрешением среди детекторов нонизац. тнпа. Если вся энергия S частицы выделяется в объёме П. д., то энергетич. разрешение, определяемое статнстич. флуктуациями в числе носителей, =
= 2,36 [SqF S'? P-, где F- т. н. фактор Фан Or учитывающий корреляцию в числе носителей. Teope-тич. оценки дают F — 0,09—0,30 для Ge и 0,05—0,02 для Si. Эксперим. значения F для Ge и Si равны
0,13 ± 0,02, при этом есть тенденция к уменьшению F с улучшением качества П. д. и электронных устройств.
Спектрометрия fi-частиц (электронов и позитронов) с энергиями ^ < 1 МэВ, к-рые имеют пробеги в Si R ^ 1 мм, осуществляется как поверхностно-барьерными П. д., так и 8і(Ьі)-детекторамн. В области энергий S < 100 ка В) применение полупроводниковых спектрометров предпочтительнее по сравнению с др. бета-спектрометрами (рис, 3). Особенностью регистрации электронов с энергиями S > 100 кэВ является появление в процессах взаимодействия AS, кэВ электронов с веществом ¦у-квантов, к-рые могут уйтн из объёма П. д.
(тормозное излучение).
Это приводит к неполному выделению энергии первичного электрона в П. д., к появленню «пьедестала» в регистрируемом спектре и к уменьшению тем самым эффективности регистрации по пику полного поглощения. С увеличением энергии электронов вклад этих процессов растёт, и при энергиях S % 10 МэВ спектрометрия электронов ПО пнку полного ПОГ- Рис. а. Энергетическое разреше-
лтттйнпя трпяет СМЫСЛ ние для различных р-спект-ЛОЩЄНИЯ теряет СМЫСЛ, р0мехр0в; I _ СІІИНТИЛЛЯЦИ0НН0-
т. к. торможение элек- го; 2 —¦ магнитного соленоидальг тDOHOB в объёме П. Д. ного; 3 — магнитного с железом;
4 — с магнитным полем: 5 (а, б, Приводит К образованию в^ ^ — полупроводниковых СПЄК-ЛИВНЄИ. трометров.
49
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ
50
Для больших S7 вплоть до неск. сотен МэВ, используются т. н. лнвиевые спектрометры на основе слоистых систем, включающих слоя тяжёлого вещества с высоким ат. номером Z (U, Pb), в к-рых происходит активное размножение электронов и у-кван-тов, и слои, состоящие из кремневых П. д. (в виде мозаики для обеспечения большой площади), в к-рых регистрируются вторичные электроны и у-кванты. Эиергетич. разрешение слоистых лнвневых спектрометров б/ пропорционально S~l/i.
Спектрометрия я- н К-мезон ов, протонов и лёгкнзв ядер для небольших энергий, при к-рых пробеги частиц не превышают неск. мм, осуществляется с помощью Si-детекторов. Для малых S из-за большой велн-чвны удельных ионизационных потерь dS/dx существенна потеря частицей энергии во входном окне П. д. Поэтому здесь предпочтительнее использовать поверхностно-барьерные кремниевые детекторы. Для а-частиц с S ~ 5 МэВ лучшее разрешение, достигнутое с использованием Si, составляет 6S =? 8,5 кэВ, что всё же в ~1,5 раза превышает предельное разрешение, обусловленное статистич. флуктуациями в числе носителей б/jv».
Для идентификации частиц по массе используется телескоп из двух (или более) П. Д.— т. н. (AS — S)-система (см. Телескоп счётчиков). Поскольку амплитуда сигнала AS-детектора пропорциональна dSldx ~ ~ mZtIS, то произведение амплитуд от AS- и «f-дотек-торов оказывается пропорциональным массе гп регистрируемой частицы.
Для спектрометрии длинойробежных частиц (с пробегами R > 5 мм в Si) применяют как одиночные «толстые* Si- и Ge-детекторы спец. конструкции, так и телескопы «тонких» П. д., имеющих суммарную толщину 2 Axi > Ft, Применение телескопов предпочтительнее перед одиночным «толстым» П. д., т. к.: 1) возможна идентификация частицы по массе по измеренным AS в отдельных П. д.; 2) возможен отбор случаев, когда частица испытывает ядерное взаимодействие плн рассеяние; 3) лучшие временные характеристики. Однако с увеличением энергии частицы (пробега R) вероятность ядерного взаимодействия частицы с веществом П. д. растёт, что приводит к появлению «пьедестала» в спектре амплитуд. Предельные энергии, когда ещё применяют телескопы П. д., S =? 200—250 МэВ (для протонов).
Спектрометрия тяжёлых ядер и осколков деления ядер имеет ту особенность, что в этом случае высока уд. ионизация. Это приводит к более медленному разделению положит, и отрицат. зарядов п, следовательно к большой вероятности рекомбинации зарядов на пути частицы, из-за чего возникает ошибка в определении энергии. Степень рекомбинации существенно зависит от ориентации траектории (трека) относительно электрич. поля Е. Ошибка меньше для трека, расположенного перпендикулярно силовым линиям электрич. ПОЛЯ. Для уменьшения эффекта рекомбинации необходимо увеличивать напряжение U на П. д. При спектрометрии тяжёлых ядер и осколков деления важно также иметь мин. толщину входного окна.
