Файл: Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений..pdf

ляющая тока Л|>; «г*— показатель степени, равный 0,5 при сту­ пенчатом и 0,33 — при плавном р—«-переходах.

Увеличение / ф с ростом U происходит до тех пор, пока от­ ношение dn/ L v^> 1. Приближение границы Диффузионного соби­

которой с осью ординат при U t= —1 происходит при Іф — Іф. д. Это позволяет по экспериментальным данным раздельно изучать поведение каждой составляющей тока, определить отношение толщины обедненного слоя к диффузионной длине неравновес­ ных носителей. Увеличение /ф с ростом U# у детекторов с диф­ фузионным р—«-переходом не превышает 15—30% при пре­ дельно допустимых значениях U даже у ППД на основе относи­ тельно высокоомного кремния [ 129J.

У детекторов, хранившихся длительное время при комнатной температуре, напряжение U, соответствующее участку насыще­ ния Іфі, больше, по сравнению с таким же напряжением у не­ давно изготовленных детекторов. Это можно объяснить сле­ дующим. В области малых напряжений ток Іфі обусловлен би­

растает, это приводит к увеличению тока по амплитуде. На рис. 4.7, б показана зависимость Ли от положения узкого (0,1 мм) пучка рентгеновского излучения, направленного парал­ лельно р—і—я-переходу при различных U. В «старом» детек­ торе из-за диффузии ионов лития толщина і-слоя может умень­ шиться. Однако рядом с г-слоем находится материал с высоким удельным сопротивлением. В результате подачи напряжения толщина г-слоя увеличивается, аналогично рассмотренному ранее ППД с р—«-переходом. На рис. 4.7, б видно смещение области уменьшения Ліи вправо. Более подробно зависимость сигнала на выходе р—і—«-детектора от положения зонда рас­ смотрена в работах [123—125].

Таким образом, увеличение Ліи с ростом U существенно только для р— і—«-детекторов.

Счетный режим. Скорость счета на единицу мощности дозы излучения определяется формулой (1.56). Если pzd„<§Cl, то дозовая чувствительность в счетном режиме определяется объемом обедненной области, так как время дрейфа существенно меньше времени диффузии (см. § 4.7) и диффузионная составляющая

88

тока Iф практически не участвует в формировании амплитуды импульса.

В отсутствие электронного равновесия скорость счета на единицу мощности экспозиционной дозы нелинейно зависит от чувствительного объема, возрастая с его уменьшением; при рав­ ных объемах она зависит от отношения площади к толщине обедненной области [131].

при облучении квантами с Еу >200 кэв число импульсов умень­ шается приблизительно линейно с ростом их амплитуды [132, 133]. С увеличением напряжения смещения чувствительность увеличивается за счет роста d0. Зависимость чувствительности от толщины обедненной области практически линейна. Одновре­ менно с ростом чувствительности увеличиваются и шумы. Ско-

89

ростъ счета шумовых импульсов (лсч. ш), в свою очередь, зави­ сит от порога дискриминации в соответствии с уравнением [116J

рассмотренных в § 4.3 типов ППД ІІѴ> 20 в. Дозовая чувстви­ тельность нелинейно уменьшается с ростом порога дискримина­ ции. При толщине обедненного слоя, превышающей максималь­ ный пробег электронов, образующихся при облучении у-кван- тамн, для определения дозовой чувствительности пригодна сле­ дующая приближенная формула [99]:

где Печ. о — скорость счета при нулевом пороге дискриминации в соответствии с формулой (1.56); псч — скорость счета при за­ данном уровне дискриминации; Е,л и £ м — уровень дискримина­ ции, кэв, и максимальная энергия комптоновскнх электвонов соответственно.

Рентген-амперная характеристика

В токовом режиме работы ППД линейность между измеряе­ мым током /„ и мощностью дозы Р может нарушаться из-за нелинейной зависимости /ф от Ра или /ф от /„. В первом случае появление нелинейности возможно только при средней концент­ рации неравновесных носителей, сравнимой с концентрацией основных. Ограничимся определением только отношения Д/г//г б зависимости от мощности дозы Р. В 1 см3 полупроводника при мощности дозы Р с учетом (2.1) средняя концентрация избыточных электронов равна

90

Полагая, что линейность будет иметь место при А/г/д^б, ис­ пользуя уравнения (4.45) и (4.46), определяем мощность дозы, соответствующую этому неравенству:

(4.47) В соответствии с этой формулой минимальное значение Р& бу­

Интересно отметить, что при р—і—и-детекторе минималь­ ную мощность дозы, при которой нарушается линейность, мож­ но оценить не только по формуле (4.47), но и измеряя отноше­ ние фототока Іф к объемной генерационной составляющей /г темнового тока /т, так как /ф//г~Д п/п.

При вентильном включении детектора, в соответствии с урав­

определяется из условия, что отношение удвоенного значения

Определенная таким образом величина Рм меньше истин­ ного значения■не более чем вдвое, что вполне пригодно для практических расчетов. По сравнению с приводимым в работе [1344 уравнение (4.49) позволяет определять Ям при любых значениях 6„, а не только при би = 5%.

При оценке Рм по формуле (4.49) с учетом сопротивлений базы Rö и контактов RK их значения необходимо прибавлять к сопротивлению Ro, так как при токе Іф на них создается на­

В диффузионных детекторах R Ö имеет значение только при скоростях генерации свыше ІО18 пар/см3. Экспериментальные данные о зависимости /„ от Р приведены в [9, 136—1391.

91