ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 5, с. 53-54
ТЕХНИКА ЯДЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
УДК 621.376.234
РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРОВ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ
© 2014 г. Р. А. Муминов, С. А. Раджапов, Ё. К. Тошмурадов, Ш. Рисалиева,
С. Бекбаев*, А. Курмантаев*
Физико-технический институт НПО "Физика-Солнце" АНРУз Узбекистан, 10008, Ташкент, ул. Бодомзор йули, 2Б E-mail: detector@uzsci.net *Международный казахско-турецкий университет им. Х.А. Ясауи, Казахстан Поступила в редакцию 04.12.2013 г.
Описываются результаты разработки и оптимизация технологии изготовления полупроводниковых позиционно-чувствительных детекторов рентгеновского излучения больших размеров для томографических и экологических задач на основе 81(Ы)-р—;'—п-структур. Изготовлены детекторы с размерами чувствительной области 50 х 50 х 2 мм с 8, 16 и 32 стрипами. Энергетическое разрешение при напряжении 100—500 В составляет 50 и 75—80 кэВ для электронов с энергией 1 МэВ и а-частиц с энергией 7.65 МэВ соответственно при темновом токе 0.5—1 мкА, емкости 300 пФ и шуме 40 кэВ.
DOI: 10.7868/S0032816214040090
Полупроводниковые детекторы ядерных излучений, позволяющие одновременно определить энергию и место попадания частицы, становятся в последнее время незаменимыми в исследованиях процессов рассеяния на твердых мишенях при определении угловых распределений ядерных частиц.
Интенсивно разрабатываются координатно-чувствительные детекторы (к.ч.д.) и для космических, медицинских, биологических исследований и для исследований в атомной физике. Они имеют большие преимущества по сравнению с детекторами других типов аналогичного назначения: высокое энергетическое и позиционное разрешение; линейность сигнала в широком диапазоне энергий для различного типа частиц; нечувствительность к магнитным полям; стабильность, небольшие габариты и простота обработки поступающей информации.
В данной работе приводятся результаты выполненной нами разработки и оптимизация технологии изготовления полупроводниковых к.ч.д. ядерного излучения на основе 81(Ы)-р—/—п-детек-торов рентгеновского излучения больших размеров для томографических и экологических задач.
Изготовление подобных детекторов требует прецизионных физических процессов и условий. Они обусловлены тем, что для таких систем применяются низкоэнергетические рентгеновские лучи для генерации электронно-дырочных пар в чувствительной области полупроводникового детектора. Энергетическое разрешение в них долж-
но составлять Е& < 200—300 эВ, что является почти предельным для многих детекторов на основе полупроводниковых кристаллов. Для удовлетворения требования к энергетическому разрешению необходимо создать физические условия и механизмы по обеспечению максимальной степени собирания носителей заряда, генерированных за счет потери энергии квантами рентгеновских лучей. При этом эти условия должны обеспечивать одинаковую результативность в любой точке чувствительной области детектора, а сам детектор должен быть координатно-чувствительным.
Для решения этих вопросов требуется установить взаимосвязь между свойствами исходного полупроводникового кристалла (проводимость, однородность, дефектность и т.д.) и условиями обеспечения высокоэффективных полупроводниковых р—п- или р—1—п-структур с большими объемами чувствительной области и тонкими входными окнами ("мертвым слоем") на фронтальной стороне структуры.
Создание 81(Ы)-р—/—п-структур с диаметром чувствительной области ~ 100—120 мм и толщиной >1.5 мм является технологически сложной задачей, в частности необходимо создать достаточно протяженную, однородно-компенсированную литием чувствительную область. Для получения заданных характеристик к.ч.д. больших размеров существенны такие параметры, как температура и время диффузионного отжига, величина напряжения и способ проведения дрейфа. Режимы
54
МУМИНОВ и др.
Общий вид полупроводниковых позиционно-чувствительных детекторов на основе Si(Li)-p—i—n-стpyктyp с 8 (а), 16 (б) и 32 полосами (в).
диффузии и дрейфа ионов лития выбраны в соответствии с предложенными в работах [1, 2].
Диффузия лития проводилась в вакууме на глубину ~500 мкм при температуре I = 500°С. После диффузии на пластине были вытравлены ступеньки для получения Т-образной формы. После травления полирующим травителем в смеси кислот НЕН:Ы03:СН3С00Н (1:3:1) и в анилиновом травителе исходные образцы имели обратные токи I < 10 мкА. Затем в образцах проводился дрейф ионов лития на специально разработанной и изготовленной нами дрейфовой установке. Был определен следующий режим дрейфа: температура Тдр = = 60—90°С, напряжение смещения 50—600 В.
По окончании формирования 81(Ы)-р—/—я-структуры весь кристалл подвергался химико-технологической обработке с целью обеспечения минимальных обратных токов. К.ч.д. изготавливались из готовых 81(Ы)-р—/—и-структур с диаметром чувствительной области 60 и толщиной 2 мм. Затем методом вакуумного напыления при давлении 5 • 10-5 Торр на пластины наносили контакты А1 (1000 А) на обратную тыловую сторону и на фронтальную поверхность наносили Аи (~200 А)-контакты, используя специальные маски с полосами. После этого готовые детекторы помещали в корпус. Детекторы имели прямоугольные формы с
размерами чувствительной области 50 х 50 х 2 мм.
Разработаны три варианта координатно-чувстви-тельных структур — с 8, 16 и 32 полосами (рисунок).
Изготовленные к.ч.д. с 16 полосами при рабочем напряжении иобр = 100—500 В имеют темно-вой ток I = 0.5—1 мкА, емкость С = 300 пФ, шумы Еш = 40 кэВ, энергетические разрешения по электронам внутренней конверсии 207В1 (Ер = 1 МэВ) Яр = 50 кэВ и по а-частицам 226 Ra (Еа = 7.65 МэВ) Яа = 75—80 кэВ. Для одного элемента (полосы) при рабочем напряжении иобр = 300 В темновой ток I = 0.1—0.3 мкА, емкость С = 40 пФ, шумы Еш = = 9—12 кэВ, энергетическое разрешение по 226 Яа при энергии Еа = 7.65 МэВ составляет 0.2—0.4% (12-14 кэВ).
Таким образом, в результате исследования и проведения технологических работ нами разработан способ изготовления полупроводниковых ко-ординатно-чувствительных детекторов больших размеров на основе 81(Ы)-р—/—и-структур с 8, 16 и 32 полосами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Азимов С.А., Муминов Р.А., Байзаков Б.Б., Карпов В.Д., Раджапов С.А., Хасанов Д.К., Яфасов А.Я. // Атомная энергия. 1986. Т. 60. Вып. 2. С. 144.
2. Раджапов С.А. // ПТЭ. 2007. № 4. С. 29.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 5 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.