РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Исследование характеристик полупроводниковых материалов, используемых для создания детекторов ионизирующего излучения 5
1.1 Контакт металл-полупроводник 5
1.1.1 Термоэлектронная эмиссия 5
1.1.2 Запорный контакт 5
1.2 Компенсация GaAs хромом 8
1.3 Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом 10
1.4 Принцип работы полупроводникового детектора 12
1.5 Электрофизические свойства детекторов ионизирующего излучения 15
1.6 Выводы к обзору и постановка задачи 31
2 Экспериментальные данные и их обсуждение 32
2.1 Исследуемые образцы 32
2.2 Методика эксперимента 35
2.3 Результаты эксперимента 37
2.3.1 Экспериментальные результаты для пластины №1 38
2.3.2 Экспериментальные результаты для пластины №2 42
2.3.3 Экспериментальные результаты для пластины №3 45
2.4 Обсуждение полученных результатов 49
ВЫВОДЫ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 57
Арсенид галлия (GaAs) - химическое соединение галлия и мышьяка. Широко применяется на ряду с Si и Ge. Полупроводниковые приборы на основе GaAs генерируют меньше шума, чем кремниевые приборы на той же частоте, а также имеют более высокую радиационную стойкость, чем кремниевые, что обусловливает их использование в условиях радиационного излучения.
Как известно рентгеновское и гамма излучения обладают большой проникающей способностью и для них становятся прозрачными все предметы. Излучение, прошедшее через какой-либо предмет, несет в себе информацию о внутреннем содержании данного объекта и с помощью детектора ионизирующего излучения на основе GaAs:Cr можно фиксировать изменение энергетического спектра и интенсивности. Все это позволяет полностью охарактеризовать исследуемый объект. Перспективность использования детекторов на основе арсенида галлия (GaAs) обусловлена наличием прямого преобразования энергии квантов рентгеновского излучения в электрический сигнал, высокой плотности GaAs (5,32 г/см3), большому эффективному атомному номеру ~32, широкой запрещенной зоны (Ед=1,42эВ) и возможностью эксплуатации при комнатной температуре в медицинской диагностике.
При непрямой регистрации рентгеновского и гамма - излучений поглощенный квант распространяется по объему хаотично и после прохождения через фотоприемник импульс тока получается размытым и широким. КПД таких детекторов 7-8%. Используя полупроводниковый детектор на основе GaAs:Cr, получаем прямую регистрацию рентгеновских и гамма лучей и на выходе имеем прямоугольный, узкий импульс тока. КПД такого детектора более 90%. С помощью данных детекторов открылась возможность в получении цветного изображения, путем отдельной регистрации различной энергии лучей.
Как влияет степень компенсации хромом (Cr) на распределение основных характеристик (дифференциальное удельное сопротивление и эффективность сбора заряда) по структуре детектора, а также на его работоспособность пока что полностью не изучено. Поэтому данный эксперимент представляет большой интерес.
Данная бакалаврская работа посвящена изучению однородности пластин GaAs:Cr. А именно, определению дифференциального удельного сопротивления и эффективности сбора заряда.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. Вид вольт-амперной характеристики исследуемых образцов независимо от температуры отжига, при котором проводился процесс компенсации, имеет три характерных участка зависимости: линейный, сублинейный и сверхлинейный. Однако заметно, что с увеличением температурой отжига до (T+15)°C (пластина №2) вольт-амперная характеристика имеет наиболее ярко выраженный участок сублинейной части, что связано с увеличением высоты потенциального барьера.
2. До компенсации хромом, детекторная структура на основе GaAs имела существенно более низкие значения дифференциального удельного сопротивления и времени жизни электронов (~107 Ом ■ см; ~0,1 нс). Легирование хромом при высоких температурах полупроводникового материала (GaAs) n-типа проводимости позволяет получить структуру, обладающую наиболее высокими значениями дифференциального удельного сопротивления и времени жизни электронов (~108 + 109 Ом • см; ~20^ 40 нс).
3. Высокие значения дифференциального удельного сопротивления и времени жизни электронов позволяют получить детекторы ионизирующего излучения, обладающие высоким значением эффективности сбора заряда (~90%).
4. Для пластины №1 наблюдается отсутствие корреляции между распределением эффективности сбора заряда и дифференциального удельного сопротивления. Для пластин №2 и №3 показано наличие неоднородности распределения характеристик, однако разброс составляет не более 10%, что может быть компенсировано при использовании считывающих микросхем, таких как Medipix, Hexitec.
5. Температура отжига, при которой происходит процесс компенсации хромом, является одним из ключевых факторов, для создания детекторов ионизирующего излучения. В ходе данных исследований подобрана оптимальная температура отжига, и как следствие, на выходе всего технологического процесса создания детекторов имеем качественную, высокоэффективную продукцию, которая способна конкурировать на мировом рынке.
