Моделирование чувствительности объемного нелегированного карбида кремния к рентгеновскому излучению,

Содержание

Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Физические основы работы сенсоров рентгеновского излучения 5
1.1 Рентгеновские лучи 5
1.1.1 Рентгеновские трубки 5
1.2 Принцип работы полупроводникового сенсора 6
1.2.1 Г енерация заряда в сенсоре 7
1.2.2 Перенос заряда 8
1.2.3 Теорема Рамо - Шокли 8
1.2.4 Эффективность сбора заряда 9
1.2.5 Рекомбинация носителей заряда через ловушки 10
1.3 Карбид кремния 12
1.3.1 Электрофизические характеристики карбида кремния 12
1.3.2 Обзор сторонних исследований 13
1.4 Выводы по литературному обзору 15
2. Методика эксперимента и моделирование чувствительности к рентгеновскому
излучению сенсоров на основе объемного нелегированного карбида кремния 16
2.1 Объект исследования 16
2.2 Измерение фототока при облучении сенсоров полихроматическим рентгеновским
излучением 16
2.3 Спектр и интенсивность излучения рентгеновской трубки 19
2.4 Моделирование фототока 20
3. Результаты и их обсуждение 22
3.1 Экспериментальная оценка чувствительности 22
3.1.1 Зависимость фототока от напряжения на рентгеновской трубке 22
3.1.2 Зависимость фототока от тока рентгеновской трубки 22
3.1.3 Зависимость фототока от напряжения на сенсоре 23
3.2 Моделирование фототока 24
3.2.1 Расчет линейного коэффициента поглощения 24
3.2.2 Моделирование фототока 25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 29

Введение

Современное развитие технологий в области материаловедения и радиационной физики создает новые возможности для разработки и улучшения детекторов рентгеновского излучения. Такие детекторы находят широкое применение в медицине, промышленности, безопасности и научных исследованиях, требуя высокой чувствительности, стабильности и долговечности. Одним из перспективных материалов для создания таких детекторов является карбид кремния - полупроводник с уникальными физико-химическими свойствами: температуростойкостью, радиационной стойкостью и химической инертностью.
Таким образом, исследование чувствительности объемного нелегированного карбида кремния к рентгеновскому излучению представляет интерес. Данная работа направлена на моделирование чувствительности объемного нелегированного карбида кремния, что позволит понять механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с данным материалом и определить его эффективность в качестве детектора. В процессе исследования использованы как экспериментальные данные, так и теоретическая модель, они позволяют провести анализ поведения объемного нелегированного карбида кремния под воздействием рентгеновского излучения.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

В ходе проделанной работы были исследованы зависимости фототока сенсоров на основе объемного нелегированного карбида кремния от интенсивности рентгеновского излучения в диапазоне энергий от 10 до 60 кэВ. Проведено моделирование фототока от рентгеновского излучения с учетом эффективности сбора заряда. Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:
1) Оценены времена жизни неравновесных носителей заряда, они составили: для электронов тп = 0.4 нс и для дырок тр = 0.2 нс.
2) Рассчитана эффективность сбора заряда без учета поляризации, она достигает 24% при напряжении смещения сенсоров 1000 В.
3) Разработана модель для расчета фототока в диапазоне энергий квантов от 10-60 кэВ интенсивностей потока от 2,169*107-1,085*108 (квантов/с*см2).
Результаты работы с публикацией сборника докладов были представлены на 10-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики» (АПР) - 2023. Также результаты будут представлены на Международной конференции “Синхротронное излучение и лазеры на свободных электронах” (СИ и ЛСЭ) - 2024 и 9-ом Международном конгрессе по энергетическим потокам и радиационным эффектам (EFRE) - 2024.

Литература

1. Основы физики ионизирующих излучений: учебное пособие/ М.Г Петрушанский. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008.- 129с.
2. Кое-что о рентгеноструктурном анализе, электромагнитном излучении, рентгеновских лучах, их свойствах и дифракции [Электронный ресурс] //ChemNet: Портал фундаментального химического образования России. URL: https://www.chem.msu.su/ (дата обращения: 25.05.2024).
3. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике/ Ю.К. Акимов, О.В. Игнатьев, А.И. Калини. В. Ф. Кушнирук. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 344 с. - ISBN 5-283¬02944-1
4. G. F. Knoll: "Radiation detection and measurements", (3rd edn), Wiley, New York, 2007.
5. Грибос П. Front-end Electronics for Multichannel Semiconductor Detector Systems. EuCARD Editorial Series on Accelerator Science and Technology. Vol.08. Краков, Польша: AGH- UST, 2012. EuCARD-BOO-2010-004.
6. Толбанов О.П. Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия // Вестник Томского государственного университета. Серия "Физика". 2005. № 285.С. 155-163.
7. К.В.Шалимова Физика полупроводников. - 4-е изд. - САНКТ-
ПЕТЕРБУРГ*МОСКВА*КРАСНОДАР: Лань, 2010
8. Даргис, А.Ю. Измерение дрейфовой скорости в твердых телах / А.Ю. Даргис. — Вильнюс: Мокслас, 1987. — 203 с.
9. Ду Я., ЛеБлан Дж. У., Поссин Г. Е. Temporal response of CZT detectors under intense irradiation // Nuclear Science Symposium Conference Record, 2002 IEEE. — 2002. — Т. 1. — DOI: 10.1109/NSSMIC.2002.1239359.
10. Stephen E. Saddow, Anant Agarwal. Advances in Silicon Carbide Processing/ Saddow, Stephen E. Agarwal, Anant //Artech House semiconductor materials and devices library. - 2004. -P. 1-218.
11. Карбид кремния // Википедия: свободная энциклопедия. - [Б. м.], 2023. - URL https://ru.wikipedia.org/wiki/Карбид_кремния (дата обращения: 09.05.2024).
12. SiC detectors: A review on the use of silicon carbide as radiation detection material
13. M. Rogalla, K. Runge and A. Soldner-Rembold, Particle detectors based on semi-insulating silicon carbide, Nucl. Phys. Proc. Suppl. B 78 (1999) 516.
14. W. Cunningham et al., Performance of bulk SiC radiation detectors, Nucl. Instrum. Meth. A 487 (2002)33.
15. CERN RD50 collaboration, W. Cunningham et al., Performance of irradiated bulk SiC detectors, Nucl. Instrum. Meth. A 509 (2003) 127...20