Твёрдотельные, полупроводниковые детекторы, страница 4

Емкость р-п перехода. Величина импульса, возникшего на p­n переходе после сбора носителей, обратно пропорциональна сумме емкости перехода и входной емкости регистрирующего устройства. Отношение сигнал/шум для такой  системы уменьшается, если ёмкость перехода растёт.

Токи утечки через перехода. Проводимость переходной области, к которой приложено напряжение смещения отлична от нуля, поэтому через переход будет протекать ток, называемый током утечки. Флюктуации токов утечки ограничивают минимальную величину полезного сигнала и энергетическое разрешение при измерении энергии рентгеновских фотонов. Токи утечки разделяют на объёмные и поверхностные компоненты.

p-i-n – переходы. Для увеличения глубины обеднённого слоя нужно поднимать напряжение смещения и уменьшать число примесных атомов, то есть увеличивать сопротивление материала. Если образец достаточно толстый, то увеличение U приводит к росту толщины обеднённого слоя, который может раздвинуться до металлических контактов, присоединённых к детектору. В этом случае электрическое поле вытягивает электроны из металла и через полупроводник течёт очень большой ток, называемый током инжекции. Поэтому при создании детекторов с большой шириной обеднённого слоя в качестве контактов используют высоколегированные полупроводники. Такие детекторы называют обычно  детекторами с p-i-n- переходами  или более точно p+-р-n+- переходом, где знак +   означает  сильное легирование. Такой переход изображён на рис.4.4. Для получения большого значения  ширины обеднённого слоя сопротивление слаболегированной р -области должно быть как можно больше, то есть число некомпенсированных примесных атомов в этой области минимально.

Рис 4.4 Схема распределения заряда и полей в p-i-n  переходе с обратным смещением.

Компенсацию акцепторных примесей в р -полупроводнике осуществляют с помощью дрейфа лития, являющегося донором. Свойства лития, внедрённого в германий или кремний таковы, что позволяют создать достаточно большие области почти полной компенсации, а значит и области с проводимостью, близкой к собственной. Это определяется как высокой подвижностью ионов лития в четырёхвалентных кристаллах, так и низкой энергией его ионизации (0,033 эВ в кремнии и  0,0043эВ в германии).

Технология компенсации акцепторных атомов в р- материале с помощью дрейфа лития производится следующим образом. Сначала литий напыляют на р -материал, затем температуру поднимают  примерно до 400ºC, и литий диффундирует внутрь образца на глубину примерно 0,01 см. После этого к  p­n  переходу прикладывается обратное смещение и ионы лития, которые несут положительный заряд, начинают двигаться от n-стороны перехода к p-стороне, где они компенсируют акцепторные атомы  p- материала. Ширина обеднённого слоя описывается следующей формулой: d=, где μ- подвижность ионов лития в данном полупроводнике при температуре дрейфа, U- напряжение смещения при дрейфе  , t- время дрейфа. Работа с литий -дрейфовыми детекторами требует их охлаждения до   температуры жидкого азота.

Энергетическое разрешение.

При облучении детектора монохроматическим рентгеновским пучком с минимальным разбросом по энергии амплитуда сигнала во внешней цепи будет иметь разброс вокруг среднего значения Величина разброса и определяет энергетическое разрешение детектора. С достаточно  хорошей точностью распределение сигналов по амплитудам можно описать распределением Гаусса, а в качестве меры разброса использовать среднеквадратичное, отклонение σ. На практике за меру разброса амплитуд импульсов принимают ширину распределения на полувысоте. В случае распределения Гаусса эта ширина равна 2,3 σ. Дисперсия амплитудного распределения складывается из ряда членов, обусловленных как  процессами в счётчике, так и внешними причинами. Каждый источник разброса амплитуд сигналов будем характеризовать дисперсией или среднеквадратическим отклонением. Будем считать  ,что амплитудное распределение описывается распределением Гаусса с σ =. Среднеквадратичное отклонение выражается в единицах энергии.