Особливості фізичних процесів формування кремнієвих поверхнево-бар’єрних структур
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2024.03.035Ключові слова:
високоомний кремній, поверхнево-бар’єрні структури, напівпровідникові детектори, спектрометрія ядерних випромінюваньАнотація
Напівпровідникові детектори займають чільне місце серед приладів ядерної спектрометрії і використовуються для дослідження спектрального складу, інтенсивності, просторового й кутового розподілів іонізуючих частинок. Найбільш привабливим матеріалом для виготовлення детекторів є кремній завдяки розвиненій кремнієвій технології і можливості створювати не тільки дозиметричні й радіометричні, але й спектрометричні детектори. Напівпровідникові детектори на основі Si застосовуються для реєстрації заряджених частинок, а також γ-квантів, у тому числі з енергією менше 100 кеВ, та рентгенівського випромінювання.
Узагальнено результати комплексного дослідження властивостей вихідного високоомного n-Si з метою вдосконалення технології виготовлення кремнієвих спектрометричних напівпровідникових детекторів із наперед заданими параметрами. Для плоско-паралельного травлення кристалів кремнію розроблено методи хімічної обробки поверхні Si шляхом підбору складу травників на основі високочистих кислот. Запропоновано метод прискореного формування поверхнево-бар’єрних структур унаслідок прикладання зовнішнього електричного поля на етапі їх формування. Визначено умови витримки структур для оптимального формування якісних і стабільних поверхнево-бар’єрних p—n-переходів. На основі оптимізованої поверхнево-бар’єрної технології з використанням високоомного n-Si великого діаметра розроблено dE/dx-детектори з робочою площею 8 см2 і діапазоном товщин чутливої області від десятків мікрон до міліметра, з тонкими вхідними і вихідними «вікнами» й роздільною здатністю за енергіями не гірше 100 кеВ. Одержані детектори можуть бути використані в складі телескопів в ядерних експериментах за участю важких іонів при низьких виходах продуктів реакцій.
Завантаження
Посилання
Parker, R. P. (1970). Semiconductor nuclear radiation detectors. Phys. Med. Biol., 15, No. 4, pp. 605-620. https:// doi.org/10.1088/0031-9155/15/4/201
Sahoo, D. (2014). Al/Au/n-Si/Al Surface Barrier Detector. Proceedings of the DAE Symposium on Nuclear Physics., 59, pp. 868-869. http://www.sympnp.org/proceedings/
Sannakki, B. & Devendrappa, M. (2014). Measurement of energy loss of light ions using silicon surface barrier detector. Int. J. Res. Eng. Technol., 03, No. 03, pp. 286-289. https://doi.org/10.15623/ijret.2014.0315055
Kim, S., Park, S. H., Ha, J. H., Cho, S. Y. & Kim, Y. K. (2008). Characteristics of Silicon Surface Barrier Radiation Detectors for Alpha Particle Detection. J. Korean Phys. Soc., 52, No. 6, pp. 1754-1758. https://doi.org/10.3938/jkps.52.1754
Lutz, G. (2007). Semiconductor Radiation Detectors. Device Physics. Berlin-Heidelberg: Springer-Verlag.
Cywiak, M., Iturbe, J. L., Gallardo, R. & Bulbulian, S. (1988). Surface barrier detector device and its application to alpha spectroscopy. J. Radioanal. Nucl. Chem., 126, No. 2, pp. 145-151. https://doi.org/10.1007/BF02162433
Muggleton, A. H. F. (1972). Semiconductor devices for gamma ray, X ray and nuclear radiation detection. J. Phys. E: Sci. Instrum., 5, No 5, pp. 390-404. https://doi.org/10.1088/0022-3735/5/5/001
Von Dincklage, R.-D. & Gerl, J. (1985). The response function of a Si(Li) detector for monoenergetic electrons. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 235, No. 1, pp. 198-199. https://doi.org/10.1016/0168-9002(85)90262-1
Zhang, Y. & Whitlow, H. J. (2002). Response of Si p-i-n diode and Au/n-Si surface barrier detector to heavy ions. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B, 190, No. 1-4, pp. 383-386. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(01)01240-X
Akimov, Yu. K., Ignat’yev, O. V., Kalinin, A. I. & Kushniruk, V. F. (1989). Semiconductor detectors in experimental physics. Moscow: Energoatomizdat (in Russian).
Sharma, R. P. (1988). Development of high resolution silicon surface barrier detectors. Pramana-J. Phys., 31, No. 3, pp. 185-195. https://doi.org/10.1007/BF02848805
Khandaker, M. U. (2011). High purity germanium detector in gamma-ray spectrometry. Int. J. Fundam. Phys. Sci., 1, No. 2, pp. 42-46. https://doi.org/10.14331/ijfps.2011.330011
England, J. B. A. & Hammer, V. W. (1971). A new type of non-injecting back contact for totally depleted silicon surface barrier detectors. Nucl. Instrum. Methods, 96, No. 1, pp. 81-83. https://doi.org/10.1016/0029- 554X(71)90440-X
Agostinelli, S., Allison, J., Amako, K., Apostolakis, J., Araujo, H., Arce, P., Asai, M., Axen, D., Banerjee, S., Barrand, G., Behner, F., Bellagamba, L., Boudreau, J., Broglia, L., Brunengo, A., Burkhardt, H., Chauvie, S., Chuma, J., Chytracek, R., Cooperman, G., Cosmo, G., Degtyarenko, P., Dell’Acqua, A., Depaola, G., Dietrich, D., Enami, R., Feliciello, A., Ferguson, C., Fesefeldt, H., Folger, G., Foppiano, F., Forti, A., Garelli, S., Giani, S., Giannitrapani, R., Gibin, D. & Gómez Cadenas, J. J. (2003). Geant4 — a simulation toolkit. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A., 506, No. 3, pp. 250-303. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
Stojanovic, M., Osmokrovic, P., Boreli, F., Novković, D. & Webb, R. (1997). Characteristics of large area silicon surface barrier detectors. Thin Solid Films, 296, No. 1-2, pp. 181-183. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09334-0
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
