Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

Глава 3

СПЕКТРОМЕТРИЯ а-ИЗЛУЧЕНИЯ И ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

§ 3.1. БЛОКИ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПОСТРОЕНИЯ

При определении требований к ПГ1Д, используемым для спектрометрии тяжелых заряженных частиц, следует рассмот­ реть некоторые особенности потерь энергии этого вида ионизи­

и существенно реже — корпускулярного излучения ускорителей тяжелых заряженных частиц.

Поскольку настоящая работа посвящена в основном вопро­ сам прикладной спектрометрии, в ней рассматриваются вопро­ сы, относящиеся к спектрометрии наиболее широко исследуе­ мых видов излучения.

На рис. 3.1 приведена зависимость между пробегом и энер­

ких сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт, видно, что толщина полупроводникового материала, в пределах которой происходит полная потеря энергии тяжелой заряжен­ ной частицей, составляет от нескольких десятков микрометров до нескольких миллиметров. Следовательно, протяженность чувствительной области ППД должна быть в указанных пре­

ние вытекает из необходимости получения наименьшей нелиней­ ности между образованным в чувствительной области ППД за­ рядом и энергией регистрируемой частицы.

Наибольшее практическое применение для спектрометрии тяжелых заряженных частиц будут иметь детекторы,- устойчиво работающие при нормальных условиях и не требующие созда­ ния специальных условий для их эксплуатации (пониженные температуры, глубокий вакуум и т. д.). По этим причинам в этой

127

Энергия, МэВ

Рис. 3.1. Зависимость пробега от энергии тяжелых за^ ряженных частиц в кремнии.

Рис. 3.2. Удельные ионизационные поте­ ри тяжелых заряженных частиц в

•кремнии.

диктуемых требованиями эксперимента, для спектрометрии тя­ желых заряженных частиц используют германиевые детекто­ ры 12—7].

Типы полупроводниковых детекторов. Для спектрометрии

миллиметров. Площадь чувствительной поверхности таких де­ текторов достигает 12 см2, толщина мертвого слоя — от долей микрометра до десятков микрометров. Поверхностно-барьерные Г1ПД получили широкое распространение благодаря относи­ тельной простоте изготовления, н их промышленное производ­ ство широко освоено в СССР и в зарубежных странах.

Диффузионные детекторы имеют примерно те же геометри­ ческие параметры, что и поверхностно-барьерные детекторы, однако технология их изготовления более сложна,

При необходимости спектрометрироваипя ионизирующих частиц с пробегом в несколько миллиметров используют диф­ фузионно-дрейфовые кремниевые детекторы с поверхностным барьером.

Создание поверхностного барьера на входном окне такого П'ПД диктуется необходимостью получения минимальной тол­ щины мертвого слоя, поскольку мертвые слои собственно диф­ фузионно-дрейфового кремниевого ППД в лучшем случае со­ ставляют десятки микрометров.

В тех случаях, когда спектрометрия тяжелых заряженных частиц должна проводиться в условиях высоких температур и мощных радиационных полей, применяют детекторы из карбида кремния и алмаза. При этом нужно отметить, что энергетиче­ ское разрешение этих детекторов существенно хуже чем крем­ ниевых.

Такие детекторы в основном применяют для регистрации кор­ пускулярного излучения в активной зоне ядерных реакторов при

ластях экспериментальной ядерной физики.

Для быстрой оценки применимости различных типов ППД экспериментаторы часто пользуются номограммой для опреде­

жение и удельное сопротивление полупроводникового материала

и площадь чувствительной поверхности, можно получить данные об электрической емкости электронно-дырочного перехода* толщине чувствительной области и, следовательно, максималь-

Рис. 3.3. Номограмма для определения параметров кремниевых ППД.

ной энергии заряженной частицы, для которой образованный заряд и потерянная в чувствительной области ППД энергия на­ ходятся в линейной зависимости. Значение емкости, получаемое при пользовании этой номограммой, не определяет реальную

130