Полупроводниковые сенсоры на основе кремния или германия могут обеспечить хорошее энергетическое разрешение. Однако эффективность кремниевыми сенсорами регистрации рентгеновских квантов с энергией выше 15 кэВ довольна невелика. Сенсоры рентгеновского излучения на основе германия обеспечивают высокую эффективность регистрации квантов и хорошее энергетическое разрешение, но работоспособны только при криогенных температурах, что ограничивает область их применения. Один из способов преодолеть эти ограничения - использовать сенсоры на основе теллурида кадмия (CdTe) или твердого раствора «кадмий-цинк-теллур» (CZT). CdTe/CZT сенсоры работоспособны при комнатной температуре и обеспечивают высокую эффективность поглощения квантов в диапазоне энергий 15- 150 кэВ, а также хорошее энергетическое разрешение, что обусловлено высоким эффективным атомным номером и относительно большой шириной запрещенной зоной CdTe/CZT материала.
В настоящее время CdTe/CZT сенсоры производятся на заказ такими компаниями как Acrorad (Япония) и Redlen (Канада), соответственно. На сегодняшний день эти компании производят наиболее качественный материал и сенсоры на его основе, обеспечивающие производство рентгеновской аппаратуры для промышленности, медицины и научных исследований.
Актуальность:
Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования характеристик CdTe и CZT сенсоров, изготовленных в АО «Гиредмет» (г. Москва), с целью оценки перспективности их использования при разработке современных отечественных рентгеновских детекторов. Практическая значимость.
Результаты работы будут использованы для разработки методики оценки качества CdTe и CZT материала и сенсоров рентгеновского излучения на его основе.
Исходя из вышесказанного, целью магистерской диссертации является:
Оценка величины произведения времени жизни на подвижность носителя заряда, темнового и фототока CdTe / CZT сенсоров при облучении рентгеновским излучением.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить ряд задач:
Измерить вольт-амперные характеристики сенсоров.
Провести измерения зависимости амплитудного спектра и эффективности сбора заряда от напряжения смещения.
Оценить величины произведения времени жизни на подвижность носителя заряда.
Измерить зависимость фототока от напряжения на сенсоре при облучении рентгеновскими квантами в диапазоне энергий 10-80 кэВ
Выполнить анализ зависимости величины фототока от напряжения на сенсоре, интенсивности и энергетического спектра рентгеновского излучения.
Объект исследования:
CdTe / CZT сенсоры рентгеновского излучения.
Предмет исследования:
Экспериментальные зависимости фототока тока и эффективности сбора заряда CdTe / CZT сенсоров при облучении квантами с энергией в диапазоне 10-80 кэВ.
Научная новизна полученных результатов:
Научная новизна полученных результатов обусловлена отсутствием комплексных экспериментальных исследований характеристик CdTe / CZT, изготовленных АО «ГИРЕДМЕТ» (г. Москва), в частности величины удельного сопротивления, произведения подвижности на время жизни носителей заряда и фототоком при облучении рентгеновскими квантами с энергией в диапазоне 10-80 кэВ.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Сенсоры рентгеновского излучения на основе структуры «металл-CdTe/CZT - металл» в диапазоне напряжений 1 - 100 В обладают симметричными и линейными ВАХ, при этом удельное сопротивление материала сенсоров составляет (2-5) ГОмхсм;
2. В исследуемых CdTe/CZT сенсорах величина произведения подвижности на время жизни для электронов (рт)п находится в диапазоне (2-8)х10-4 см2 /В, что обуславливает более высокие значения фототока при облучении катода по сравнению с аналогичным параметром при облучении анода.
3. В диапазоне энергий квантов 10-80 кэВ зависимости величины фототока CdTe/CZT сенсоров от напряжения на сенсоре и тока трубки близки к линейным.
Достоверность и обоснованность
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается использованием различных экспериментальных методов исследований, выполненных с использованием современного оборудования, а также качественным согласованием экспериментальных данных с теоретическим.
Сенсоры рентгеновского излучения на основе структуры «Me-CdTe/CZT - Ме» размером 5*5 мм2, обладают симметричными и линейными ВАХ.
Удельное сопротивление материала сенсоров при комнатной температуре составляет (1-5) ГОм*см;
Величина произведений подвижности на время жизни для электронов (рт)п находится в диапазоне (2-8) -10-4 см2/В.
При облучении катода величина фототока значительно превышает аналогичный параметр при облучении анода, что обусловлено более высокими значениями величины р*т для электронов.
В диапазоне энергий квантов 10-80 кэВ зависимость величины фототока CdTe/CZT сенсоров от напряжения на сенсоре и тока трубки близка к линейной, что соответствует теории.
Предварительные оценки показывают, что исследуемые сенсоры могут быть использованы для разработки многоэлементных отечественных детекторов рентгеновского излучения диапазона 10 - 80 кэВ.
