Файл: Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами..pdf

Обратный ток i0бр — ток, протекающий через ППД при при­ ложении к нему обратного напряжения.

Рекомендуемый диапазон рабочего напряжения U — интер­ вал от рабочего напряжения U\, при котором уровень шума воз­ растает на 10% его минимального значения, до рабочего на­ пряжения U2, при котором значение шума в три раза больше его минимального значения, причем Uo не должно быть больше

максимальное допустимое значение постоянного обратного на­ пряжения, при котором в течение длительного времени еще не имеют места необратимые изменения параметров детектора.

Емкость Си — емкость ППД при рабочем напряжении, из­ меренная между собирающим электродом и заземленными по переменному напряжению остальными электродами и корпусом детектора.

Выходной заряд Q — количество электричества на выход­ ных электродах ППД, обусловленное сбором носителей заряда, образованных при попадании в чувствительную область ППД отдельных ионизирующих частиц.

Время нарастания импульса напряжения ty или тока ^ —

промежуток времени, в течение которого на выходных электро­

гии, теряемой регистрируемой частицей в пределах чувствитель­ ной области ППД.

Перевод величии Q/E в N/E производят по формуле

- £ - = 1,6 ■ 1 0 - 16— .

Е Е

Эффективность собирания заряда х(% ) — отношение выход­ ного заряда к заряду, создаваемому отдельной ионизирующей частицей в чувствительной области детектора.

Собственный фон — скорость счета импульсов на выходных электродах ППД, определяемая наличием радиоактивности в конструктивных элементах и материалах ППД.

Фон — скорость счета импульсов иа выходных электродах ППД, определяемая наличием радиоактивности в конструктив­ ных элементах и материалах ППД, окружающей среде и косми­ ческим излучением.

Шум Ош (кулоны или число электронов) — среднеквадрати­ ческое значение электрического заряда, возникающего на вы­

14

ходных электродах ППД в отсутствие падающего на него по­ стороннего излучения, н не связанное с регистрацией фона.

Отношение сигнал/шум Q/Qm— отношение величины выход­ ного заряда, снимаемого с ППД при регистрации ионизирующей частицы данной энергии, к величине шума ППД, измеренного при тех же условиях.

Энергетическое разрешение АЕ — выраженная в энергетиче­ ских единицах ширина распределения амплитуд импульсов, из­ меренная на его полувысоте и соответствующая полному погло­ щению в чувствительной области ППД данного моноэнергетического ионизирующего излучения.

Относительное энергетическое разреш ение г|(%) — выражен­ ное в процентах отношение ширины распределения амплитуд импульсов, измеренное на его полувысоте, к наиболее вероятной амплитуде импульса, соответствующего полному поглощению в чувствительной области ППД данного моноэнергетического ионизирующего излучения.

Радиационный ресурс Ф — интегральный поток ионизирую­ щего излучения, падающий на входное окно ППД и приводя­ щий к уменьшению отношения сигнал/шум в два раза при не­ изменном рабочем напряжении.

Абсолютный радиационный ресурс Фм — интегральный по­ ток ионизирующего излучения, падающий на входное окно и приводящий к уменьшению отношения сигнал/шум до значе­ ния Q/Qm—1 при неизменном рабочем напряжении.

Отношение сигнал/шум относится к определенному виду ионизирующего излучения и к определенному значению энер­ гии ионизирующей частицы.

Допустимая освещенность фдоп — величина постоянной освещенности входного окна, приводящая к увеличению шума в три раза по сравнению с его значением при минимальном рабо­ чем напряжении рекомендуемого рабочего диапазона.

Обычно выходной сигнал (заряд) ППД пропорционален энергии, потерянной ионизирующей частицей в пределах чувст­ вительной области, а величина этого заряда определяется энер­ гией образования пары электрон — дырка для полупроводни­ кового материала, используемого в ППД.

В этом и последующих определениях для простоты полагаем, что эффективность собирания заряда в чувствительной области ППД равна единице. Для ППД, работающих в этом режиме, величина заряда будет определяться выражением

15

К категории таких ППД относят ППД поверхностно-барь­ ерного, диффузионно-дрейфового типов и некоторые ППД про­ водящего типа [11 — 14], в качестве аналога среди газовых де­ текторов для них можно указать ионизационную камеру.

В отличие от этих детекторов усиливающий ППД имеет вы­ ходной сигнал (заряд), величина которого соответствует боль­ шему энерговыделению по сравнению с энергией ионизирующей частицы, потерянной в чувствительной области, при данном коэффициенте преобразования для полупроводникового мате­ риала, используемого в ППД, т. е.

где Л1 — коэффициент усиления.

К категории усиливающих ППД можно отнести электронно­ дырочные ППД с транзисторной структурой, ППД с внутрен­ ним усилением и ППД проводящего типа, работающие в ре­ жиме «сквозного тока» [14]. Аналог усиливающего ППД — пропорциональный счетчик.

Иногда используют понятие счетного ППД, па выходе кото­ рого возникает сигнал (заряд) при числе образованных в чувст­ вительной области ионизирующей частицей носителей N, пре­

где /= 1 при N = E/b> N 0; / = 0 при N = E/e<No\ Е — энергия, по­ терянная ионизирующей частицей в чувствительной области ППД.

К категории счетных ППД можно отнести электронно-ды­ рочные ППД, работающие в лавинном режиме, и тонкие ППД проводящего типа, работающие в режиме «сквозного проводя­ щего канала» [11 — 13]. Аналог счетного ППД — счетчик Гей­ гера — Мюллера.

ППД можно использовать в токовом режиме, который ха­ рактеризуется тем, что с выхода ППД снимается ток, пропор­ циональный числу попавших в чувствительную область иони­ зирующих частиц в единицу времени и их энергии, т. е.

где N{E, t) — функция распределения частиц.

ППД, работающие в токовом режиме, могут, так же как и

рый характеризуется тем, что с ППД снимается сигнал, пара­ метры которого определяются числом ионизирующих частиц,

16

попавших в его чувствительную область. В настоящее время ПГ1Д, работающие в интегральном режиме, основное примене­ ние нашли в нейтронной дозиметрии.

Поскольку книга посвящена применению ПГТД в спектромет­ рии ионизирующих излучений, токовый и интегральный режимы работы ППД в дальнейшем рассматривать не будем. Читате­ лям, интересующимся применением ППД в указанных режимах, можно порекомендовать работы [14, 15].

Появление полупроводниковых транзисторов и диодов, их широкое внедрение в электронную технику наложили свой от­ печаток на характер развития исследований и разработок полу­ проводниковых детекторов. Широкое промышленное освоение

предопределили появление первых полупроводниковых детекто­ ров из этих материалов. Быстрое промышленное освоение де­ текторов и широкое их применение в различных отраслях науки п техники были обусловлены высоким уровнем технологии про­ изводства полупроводниковых элементов. При этом следует от­ метить выявившиеся в первые же годы освоения и выпуска по­ лупроводниковых детекторов различия в требованиях как к самому исходному материалу для ППД, так и к некоторым тех­ нологическим вопросам производства ППД. Параметры ППД во многом определяются свойствами исходного материала, из которого их изготовляют, поэтому некоторые общие вопросы выбора материала будут рассмотрены несколько подробнее.

§ 1.2. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Без правильного и всестороннего понимания явлений, проис­ ходящих в ППД при регистрации ионизирующего излучения, и причин, определяющих главные эксплуатационные характери­ стики спектрометров с ППД, трудно реализовать на практике их большие возможности.

Физические процессы, протекающие в ППД, и влияние на них внешних условий, несомненно, более сложны, чем при ре­ гистрации излучения детекторами других типов. Это обуслов­ лено особенностями самих полупроводниковых материалов, а также механизмом создания в них сигнала.

Начальная стадия процесса преобразования информации обизлучении, регистрируемом в ППД, — торможение заряженной частицы и образование носителей заряда различного знака — принципиально не отличается от этой стадии в газовой иониза­ ционной камере, если не считать того, что тормозная способ­ ность полупроводникового материала на несколько порядков выше, чем тормозная способность газообразных сред.

На этом аналогия, однако, заканчивается, и для дальнейше­ го изучения необходимо остановиться па структуре среды, осо-

17