Файл: Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений..pdf

79

Детекторы с ионным легированием

Ионное легирование производится облучением пластины по­ лупроводника ионами, ускоренными до высоких энергий. Техно­ логия ионного легирования позволяет сохранить исходные пара­ метры материалов в процессе изготовления приборов и предо­ ставляет большие возможности для создания требуемого рас­ пределения вводимых примесей [82—84]. В частности, эти воз­ можности использованы для изготовления на одной пластине кремния двух отдельных детекторов, расположенных последо­ вательно: толстого — для определения энергии и тонкого — для определения линейных потерь энергии [84].

Визготавливаемых по технологии мойного легирования ФЭП

идетекторах с р—«-переходом [83, 85, 86] практически сохра­ няются исходные времена жизни неравновесных носителей, так как отжиг после облучения ионами (единственная операция, связанная с высокотемпературной обработкой) производится

всего при 400—600° С. Токи утечки и толщина мертвого слоя у этих детекторов меньше, чем у обычных, и в то же время они стабильны в работе [86]. Разброс параметров, изготовленных по такой технологии детекторов, не превышает ±5% по срав­ нению с ±25% для детекторов, изготовленных по обычной диффузионной технологии.

Диффузионно-дрейфовые Р — і — «-детекторы

Технология изготовления кремниевых р—і—и-детекторов [17, 30, 87, 88] основана на использовании аномально большой подвижности атомов лития (на четыре — семь порядков по срав­ нению с другими элементами) в кремнии при температурах до 500° С. Это обусловлено малым радиусом иона Li, в результате чего возможно перемещение лития в кремнии между атомами [89]. На поверхности подготовленного образца кремния р-типа диффузией лития формируется «-слой толщиной 0,1—0,2 мм. Ионы лития под действием приложенного внешнего электриче­ ского поля дрейфуют в сторону p-слоя, компенсируя акцептор­ ную примесь. Образуется слой с проводимостью, близкой к соб­ ственной (/-слой).

Дрейф продолжается непрерывно, так как со стороны «-слоя в обедненную область входят ионы лития, которые тут же под­

80

Темновой ток в р—Z—«-детекторах определяется в основном генерационным током носителей, возникающих в /-слое (/г;) и током утечки по поверхности. В диодном режиме диффузион­ ная составляющая /дпф<С/гг-, и ее обычно не учитывают.

В «идеальном» р—і—«-детекторе толщина і-области не долж­ на зависеть от напряжения смещения при //> 0,025 в, и ток генерации In при полном собирании носителей равен [90]

В действительности сопротивление /-области меньше собст­ венного сопротивления кремния и изменяется с толщиной [91,. 92]. В слабых электрических полях в полупроводнике с собст­ венной проводимостью скорость дрейфа одновременно возникаю­ щих дырок и электронов не зависит от напряжения смещения

(и) и определяется величиной коэффициента биполярной диф­

нов (дырок) /-области. Физический смысл этого уравнения за­ ключается в том, что число носителей, разделяемых на і — р- и « — /-переходах, экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния от места их образования до переходов.

Из изложенного выше ясны причины появления участка «на­ сыщения» тока / т на обратной ветви в. а. х. только при ///>20 в (см. рис. 4.5,6, кривые 2, 8). Если ток /п сравним с током In, то /т на в. а. х. увеличивается с ростом напряжения смещения быстрее чем /У0’5 (см. рис. 4.5,6, кривая 7). Уменьшение то­ ка /т достигается за счет выбора исходного материала и гео­ метрии детектора. Параметры материала определяют в основ­ ном величину тока Ігі, а геометрия детектора и обработка боко­ вой поверхности — величину тока утечки. Материал для изготов­ ления ППД с малым током In должен быть высокоомным Тн~10_3 сек [90]. Для уменьшения поверхностной составляю­ щей тока /п детектору придают специальную форму («чашеоб­ разная» /-область в середине пластинки с р-проводимостыо, при­ меняют кольцевые выемки).

Инжекция носителей из контактов в /-слой и изменение вре­ мени жизни носителей в нем обусловливают [95—97] отличие прямой ветви в. а. х. приборов с р—Z—«-структурой от описы­ ваемой уравнением (4.21) при //<0,025 в. Поэтому значения

81

Шумы в детекторах с в. а. х., имеющей участок насыщения тока /т, связаны с генерацией пар в объеме и на поверхности.

Из числа специальных типов детекторов с р—I—«-перехода­ ми в дозиметрии используются [98—100] так называемые ми- 'ниатюрные р—і—«-детекторы (см. табл. 4.1). Их изготавливают по обычной технологии или путем разрезания на элементы ■стандартных детекторов (SÄ H см2), с последующей обработкой боковых поверхностей известными приемами полупроводниковой технологии. В миниатюрных р—і—«-детекторах ток /,г сравним

Поверхностно-барьерные детекторы

Поверхностно-барьерные детекторы изготавливаются нанесе­ нием металла на предварительно обработанную пластинку по­ лупроводника (базу).

Физические процессы, обусловливающие образование поверх­ ностного барьера между металлом и полупроводником, покры­

(с обратной проводимостью) слоя. В дырочном кремнии «-слой на поверхности образуется в результате травления, причем силь­ ный инверсионный слой существует только несколько часов после травления [103].

Этим обусловлена и последовательность операций при изго­ товлении детекторов: золото наносят на пластинку «-типа, вы­ держанную несколько десятков часов на воздухе *, напыление -алюминия при изготовлении детектора из кремния p-типа про­ изводят непосредственно после травления.

В настоящее время изготовление детекторов из кремния р- тнпа значительно сложнее по сравнению с детекторами из крем­ ния «-типа [104—107]. Однако детекторы на дырочном кремнии имеют повышенную радиационную стойкость, высокоомный кремний p-типа однородней и более доступен.

Достаточно сложной задачей при изготовлении поверхност­ но-барьерных детекторов является получение на высокоомном кремнии малошумящих и стабильных контактов. В детекторах AuSi-типа хорошим контактом считается никелевый или алю­ миниевый, в детекторах на основе кремния p-типа удовлетво­

* В литературе поверхностно-барьерные детекторы с золотым передним контактом и базой «-типа часто обозначают термином «детекторы AuSi-типа».