ВВЕДЕНИЕ 4
1 Детекторы ионизирующего излучения и их свойства 6
1.1 Полупроводниковый детектор и его свойства 6
1.2 Материал для изготовления детектора 9
1.3.1 Виды контактов в сенсорах ионизирующего излучения. Омический контакт 12
1.3.2 Виды контактов в сенсорах ионизирующего излучения. Выпрямляющий контакт 14
1.4 Эффект Поккельса 16
2 Методика проведения эксперимента методом Поккельса 21
3 Экспериментальные данные 27
3.1 Моделирование в программе для инженерного анализа ELCUT 27
3.2 Вольт-амперная характеристика GaAs:Cr-сенсоров 29
3.3 Исследование распределение напряженности поля методом Поккельса 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 38
Полупроводниковые структуры, компенсированные примесями с глубокими уровнями, находят всё большее применение при разработке электронной компонентной базы функциональной электроники. Например, матричные сенсоры ионизирующих излучений на основе компенсированного хромом арсенида галлия, по своим характеристикам превосходят лучшие зарубежные аналоги. Исследование этих структур представляет также самостоятельный научный интерес, поскольку при поглощении единичных квантов ионизирующего излучения в ионизационном треке формируется электронно-дырочная плазма с концентрацией 1013-1017 см-3 в зависимости от типа регистрируемой частицы.
Детальный анализ амплитудных спектров показывает, что импульс тока, наблюдаемый во внешней цепи сенсора, формируется электронами трека, а дырки должны захватываться на глубокие отрицательно заряженные акцепторы хрома. Это должно приводить к накоплению заряда в объёме сенсора и деформации распределения напряжённости электрического поля в структуре. На практике часто приходится изменять параметры полупроводниковых детекторов. Это можно сделать, управляя параметрами полупроводникового сенсора, например, внося донорную или акцепторную примесь и меняя тип контактов.
Исходя из всего вышесказанного, целью НИР является исследование влияния типа контактов на характеристики GaAs.'Cr-сенсоров. Исследование распределения напряженности поля позволит оптимизировать технологию изготовления детекторных структур.
Для достижения указанной цели нужно решить следующие задачи:
- изучение литературы по теме исследования;
- исследование закономерности распределения напряженности электрического поля в структуре GaAs:Cr-сенсоров с различными типами контактов;
- экспериментальное определение распределения напряженности на установке с использованием эффекта Поккельса;
- моделирование профилей напряженности в структуре GaAs:Cr-сенсоров;
- обработка полученных результатов и составление отчета.
В качестве объекта исследования будут использованы PAD-сенсоры, изготовленные из высокоомного арсенида галлия, легированного хромом методом высокотемпературной диффузии.
При решении задач для достижения поставленной цели наиболее эффективным является применение метода Поккельса. Эффект Поккельса - это возникновение двойного лучепреломления под действием электрического поля. Данная методика контроля детекторного материала является наглядной и занимает мало времени. Она позволяет получить распределение напряжённости поля по структуре и её количественное значение.
Детекторы ионизирующего излучения занимают важное место среди приборов, регистрирующих рентгеновское и гамма излучение, при этом детекторы ионизирующего излучения имеют ряд преимуществ по сравнению с другими приборами. Одним из наиболее перспективных материалов для изготовления данных детекторов является GaAs:Cr.
Выбор примеси обуславливается характеристиками материала, который используется для изготовления детекторов. Добавление хрома увеличивает удельное сопротивление, кроме этого, хром позволяет уменьшить влияние EL2 центров. Количество примеси влияет на толщину чувствительного слоя детектора, т.е. влияет на распределение напряженности электрического поля в структуре. Добавление хрома методом высокотемпературной диффузии позволяет получить материал с высоким удельным сопротивлением, что позволяет увеличить радиационную стойкость сенсора.
Актуальность работы состоит в том, что данная методика изучения распределения поля в материале является наглядной и занимает мало времени. Она позволяет получить распределение поля по структуре и его количественное значение, не обращаясь к вольтамперной характеристике, что значительно ускоряет процесс.
Исследование распределения напряженности поля позволяет оптимизировать технологию изготовления детекторных структур и улучшить радиационную стойкость полупроводникового материала, а, следовательно, и увеличить срок службы детектора.
В ходе проведения работы было показано, что контакты не влияют на распределение напряженности поля в структуре самого полупроводника. Сильное влияние на напряженность поля оказывают неоднородности в структуре полупроводника, а на качество проведения эксперимента методом Поккельса оказывает влияние рассеивание света по краям кристалла, таким образом, для улучшения качества проведения эксперимента требуется разработка новой технологии изготовления образцов.
