Аннотация
Введение 4
1 Характеристики и материалы полупроводниковых детекторов
ионизирующих излучений 6
1.1 Что представляет из себя полупроводниковый детектор 6
1.2 Принцип действия детекторов 7
1.3 Генерация заряда в детекторе 9
1.4 Теорема Рамо-Шокли 9
1.5 Параметры и характеристики детекторов ионизирующего излучения 10
1.6 Рентгеновское излучение 12
1.7 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом и его типы ... 12
1.8 GaAs и GaAs:Cr как материалы для изготовления детекторов 14
1.9 Стационарная фотопроводимость полупроводниковых материалов ... 17
1.10 Выводы по главе 1 и постановка задачи 18
2 Методика экспериментов 19
2.1 Экспериментальные образцы 19
2.2 Методика исследования распределения удельного сопротивления по
площади пластины HR GaAs:Cr 21
2.3 Методика исследования распределения стационарной
фотопроводимости по площади пластины HR GaAs:Cr 23
2.4 Методика расчёта распределения удельного сопротивления и времени
жизни 25
2.5 Методика расчёта времени жизни из экспериментальных значений
фототока 26
3 Результаты экспериментов 27
3.1 Результаты эксперимента распределения удельного дифференциального сопротивления и расчёта времени жизни и удельного дифференциального сопротивления 27
3.2 Результаты исследования распределения стационарной фотопроводимости и расчёта распределения времени жизни по площади
пластины HR GaAs:Cr 32
Заключение 37
Список использованной литературы 39
Исследование распределения удельного сопротивления и стационарной фотопроводимости и моделирования распределения удельного сопротивления и времени жизни носителей заряда по площади материала HR GaAs:Cr представляет собой важную роль в продвижении новейших технологий и современной науки во всём мире. В различных областях, таких как электроника, светоизлучающие приборы и фотоника HR GaAs:Cr является одним из ключевых материалов.
Очень важную роль в оценке эффективности работы рентгеновских детекторов на основе HR GaAs:Cr занимают электрофизические характеристики данного материала, такие как фотопроводимость, подвижность носителей заряда, концентрация в материале примесей и дефектов. Зная влияние вышеперечисленных характеристик , это позволит оптимизировать детекторы по их разрешающей способности и чувствительности.
Изучение данных параметров имеет колоссальное значение в разных областях применения. Перечислю несколько областей применения где полезны HR GaAs:Cr-детекторы:
1. Радиационная медицина: GaAs:Cr-детекторы часто используются в
медицинских установках которые доз ионизирующего излучения,
используемого в радиотерапии и диагностике. Совершенствование электрофизических характеристик материала позволит увеличить чувствительность рентгеновского оборудования и этим, обеспечить обнаружение заболеваний с высокой точностью и скоростью.
2. Научные исследования: GaAs:Cr-детекторы применяются в астрономии, различных областях физики и других областях научных исследований для измерения ионизирующего излучения и его регистрации в экспериментах.
3. Промышленность: В промышленности GaAs:Cr-детекторы
используются для неразрушающего контроля качества при испытаниях материалов методами рентгеновской дефектоскопии, где необходимо обнаружение дефектов и контроль качества продукции.
4. Ядерная энергетика: GaAs:Cr-детекторы нужны для отслеживания уровня радиации на атомных электростанциях, чтобы обеспечить нужный уровень безопасности данных объектов.
В силу всего вышеперечисленного, исследование распределения удельного сопротивления, времени жизни и фотопроводимости разными методами для HR GaAs:Cr-сенсоров показывает серьёзный научный вопрос, цель которого в том, чтобы улучшить эффективность работы рентгеновских детекторов.
В результате проделанной работы были выполнены:
- измерения вольт-амперных характеристик HR GaAs:Cr pad-сенсоров и распределения удельного сопротивления по диаметру пластины HR GaAs:Cr;
- измерения фототока HR GaAs:Cr pad-сенсоров при облучении рентгеновскими квантами в диапазоне энергий 10-60 кэВ, распределения фотопроводимости и времени жизни электронов по диаметру пластины HR GaAs:Cr;
- разработана программа расчета времени жизни носителей заряда HR GaAs:Cr материале на основе экспериментальных данных о величине фототока, генерируемого при облучении HR GaAs:Cr-сенсоров рентгеновским излучением;
- предложена физическая модель и разработана программа расчета распределения удельного сопротивления и времени жизни носителей заряда в HR GaAs:Cr на основе решения уравнения электронейтральности, использующего в качестве входных параметров данных по концентрации легирующей примеси Te, EL2 центров, Cr и термоакцепторов;
- на основе предложенной модели выполнен расчет распределения удельного сопротивления и времени жизни носителей заряда в HR GaAs:Cr;
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
- использование четырехуровневой модели, включающей глубокие и мелкие акцепторы и доноры, позволяет качественно и количественно оценивать и прогнозировать характеристики HR GaAs:Cr-материала и сенсоров на его основе;
- время жизни неравновесных электронов и дырок определяется концентрацией ионизованных EL2+ центров и ионов Cr-, соответственно.
- экспериментальное распределение величин фототока и времени жизни электронов (7-12 нс) в pad-сенсорах, вырезанных из HR GaAs:Cr- пластины в направлении перпендикулярном базовому срезу, близко к однородному с тенденцией уменьшения в области краев и центра пластины.
- разница между расчетными и экспериментальными величинами удельного сопротивления и времени жизни электронов составляет 40% и 25% для удельного сопротивления и времени жизни электронов, соответственно.
