Детектор импульсных ионизирующих излучений

Детектор импульсных ионизирующих излучений

Реферат

 

Детектор импульсных ионизирующих излучений, содержащий выполненный из теллурида кадмия чувствительный элемент, с одной стороны которого расположен изолирующий слой, на котором расположен первый металлический контакт, отличающийся тем, что, с целью повышения временного разрешения при обеспечении высокой чувствительности детектора, чувствительный элемент выполнен из пассивного слоя нелегированного прессованного полуизолирующего теллурида кадмия толщиной d₁ и прилегающих к нему активных слоев поликристаллического рекристаллизованного теллурида кадмия толщиной d₂, меньшей длины дрейфа носителя заряда, причем , где m[5-7], с другой стороны чувствительного элемента расположен молекулярно связанный с поликристаллическим теллуридом кадмия слой теллура, на котором расположен второй металлический контакт.

Изобретение относится к области регистрации импульсных ионизирующих излучения нано- и субнаносекундного диапазона длительности и может быть использовано при исследовании импульсов, например, с ускорителей. Цель изобретения повышение временного разрешения детектора при обеспечении высокой чувствительности. Существо изобретения заключается в том, что предлагаемое сочетание и соотношение слоев прессованного и поликристаллического теллурида кадмия обеспечивает уменьшение емкости детектора благодаря большой толщине прессованного теллурида кадмия и меньшему значению диэлектрической проницаемости прессованного теллурида кадмия, а также уменьшение пролетного времени за счет малой толщины активного поликристаллического слоя теллурида кадмия. Предлагаемый детектор представлен на чертеже и содержит чувствительный элемент 1, имеющий пассивный слой 2, выполненный из прессованного нелегированного теллурида кадмия, активные слои 3, представляющие собой рекристаллизованные поликристаллические слои теллурида кадмия, изолирующий слой 4, слой теллура 5, металлические контакты 6, например алюминиевые. При изготовлении предлагаемого детектора используют прессованный теллурид кадмия, из которого выращивают рекристаллизованные поликристаллические слои теллурида кадмия. В зависимости от режимов выращивания меняется как размер кристаллов, так и электрофизические свойства материала, в частности время жизни и подвижность носителей, определяющие чувствительность и временное разрешение детектора. В связи с этим размер кристаллитов обуславливает допустимую толщину d₂ рекристаллизованного слоя. Например, для кристаллитов размером 5 мкм d₂ 15-20 мкм. Вторым фактором, регламентирующим толщину d₂ поликристаллических слоев, является длина дрейфа носителей L, которая должна быть больше толщины d₂. Поскольку длина дрейфа носителей для кристаллитов размером приблизительно равным 5мкм составляет приблизительно 35 мкм, выбор толщины поликристаллического слоя d₂ 15-20 мкм является оправданным. Максимальная толщина пассивного слоя выбирается из условия создания напряженности электрического поля, при которой обеспечивается рассасывание носителей со скоростью, близкой к скорости насыщения (приблизительно равной 10⁷ cм/c). С учетом того, что формирование напряжения питания детектора Е > 1,5 кВ связано со значительными техническими трудностями, максимальную толщину пассивной области d₁ целесообразно выбрать приблизительно равной не более 2 мм. Применение нелегированного теллурида кадмия обусловлено тем, что отсутствие компенсирующих примесей ведет к снижению эффекта поляризации. Помимо этого присутствие примесей влечет появление ловушек прилипания, которые приводят к увеличению времени жизни и ухудшению временного разрешения. Прессованный теллурид кадмия выбирается с высоким удельным сопротивлением (10⁸-10¹⁰ Омсм), что обеспечивает малые токи утечки и приводит к расширению динамического диапазона работы детектора в линейном режиме. Особенностью предлагаемого детектора является то, что в нем выполнен инжектирующий омический контакт, близкий к идеальному. Формирование омического контакта достигается путем травления поверхности рекристаллизованного теллурида кадмия в селективном травителе NH₄:HNO₃ 4:1, приводящего к формированию слоя теллура, который лишь незначительно искажает энергетические зоны при контакте теллур теллурид кадмия. Детектор работает следующим образом. При действием ионизирующего излучения по всей толщине чувствительного элемента практически равномерно образуются электронно-дырочные пары, которые перемещаются под действием электрического поля к металлическим контактам 6 и по измерительной цепи (на чертеже не представлена) начинает протекать ток. Электронно-дырочные пары, образующиеся в пассивном слое 2 из-за значительной толщины слоя и малого времени жизни носителей (приблизительно10^-10 с), характерного для прессованного теллурида кадмия, не вносят вклад в сигнал, снимаемый с детектора при воздействии ионизирующего излучения. Электронно-дырочные пары, образовавшиеся в активных слоя 3, благодаря большему времени жизни и толщине слоя, не превышающему длину дрейфа, достигают металлических контактов 6 и определяют величину сигнала с детектором. Таким образом, емкость предлагаемого детектора определяется суммарной толщиной пассивного прессованного и активного поликристаллических слоев теллурида кадмия, а пролетное время только толщиной активного поликристаллического слоя, которая в 100 раз меньше толщины пассивного слоя. Благодаря этому предлагаемый детектор характеризуется малым временем пролета и, следовательно, высоким временным разрешением. Так, детектор с площадью и толщиной чувствительного элемента соответственно 10 мм² и 2 мм имеет чувствительность и временное разрешение . Известный детектор при тех же размерах чувствительного элемента имеет чувствительность Детекторы с -L- n-структурой и алмазный характеризуются временным разрешением соответственно приблизительно 1 нс и 0,5 нс и имеют примерно одинаковую чувствительность . Таким образом, предлагаемый детектор превосходит известные детекторы по временному разрешению и по чувствительности. Последнее обусловлено высоким атомным номером материала чувствительного элемента. Предлагаемый детектор превосходит известный детектор по временному разрешению примерно в 100 раз, что обусловлено определенным сочетанием слоев и толщин чувствительного элемента. Преимуществом предлагаемого детектора является отсутствие искажений формы сигнала, связанное с наличием омического инжектирующего контакта, близкого к идеальному. Кремниевые и алмазные детекторы имеют высокую чувствительность к нейтронному излучению, что дает возможность применять их для регистрации нейтронов. Детекторы из теллурида кадмия имеют малое сечение взаимодействия с нейтронами (кроме тепловых), что дает возможность регистрации -излучения в смешанных g- и нейтронных потоках.

Формула изобретения

Детектор импульсных ионизирующих излучений, содержащий выполненный из теллурида кадмия чувствительный элемент, с одной стороны которого расположен изолирующий слой, на котором расположен первый металлический контакт, отличающийся тем, что, с целью повышения временного разрешения при обеспечении высокой чувствительности детектора, чувствительный элемент выполнен из пассивного слоя нелегированного прессованного полуизолирующего теллурида кадмия толщиной d₁ и прилегающих к нему активных слоев поликристаллического рекристаллизованного теллурида кадмия толщиной d₂, меньшей длины дрейфа носителя заряда, причем где m[5-7] с другой стороны чувствительного элемента расположен молекулярно связанный с поликристаллическим теллуридом кадмия слой теллура, на котором расположен второй металлический контакт.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000