Способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 4 51)4 С 0 НОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ и зай ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) СПОСОБ ОТБОРА АЛМАЗОВ ДЛЯДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ,включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле, последующее измерение токов термостимулированной деполяризации в темпе турных интервалах 400-440 и 460- 500 К, отбор алмазов, у которых симальное значение токов деполяр зации меньше порогового значения о т л и ч а ю щ и й с я тем, что целью повышения экономичности от бора алмазов со спектрометрическ свойствами, пороговое значение т термостимулированной деполяризац выбирают не более 0,5 10 А/см полнительно облучают алмаз импул ным ультрафиолетовым излучением, регистрируют кинетику затухания проводимости алмаза и определяют мя жизни неравновесных носителей ряда, отбирают алмазы с постоянн-В времени жизни не менее 10 с.11564Изобретение относится к технике регистрации ионизирующего излучения- полупроводниковым детекторам, н Частности к способам изготовления алмазных детекторов ионизирующих излучений. 5Известен способ отбора алмазов для простейших датчиков излучений, являющихся необработанными алмазами с нанесенными на их естественные грани контактами. Способ включает отбор 0 алмазов с пониженным содержанием примеси азота, нанесение контактов, испытание в рабочем режиме. Недостатками способа являются неоднозначность критерия отбора и сильная поляризация 15 значительной части детекторов, что приводит к низкому выходу годных приборов.Известен способ изготовления алмазного детектора ядерных излучений, 20 который включает в себя следующие операции: отбор алмазов с пониженным содержанием примеси азота, допол. нительное измерение фотопроводимости при облучении светом из спект ральной области 230-280 нм, отбор алмазов с высокой фотопроводимостью. Отобранные кристаллы разрезают на пластинки толщиной 0,1-0,3 мм, прово дят термообработку, дополнительно 30 измеряют фотопроводимость при облучении светом из спектральной области 220-225 нм. Затем изготавливают инжектирующий и запорный контакты на противоположных гранях пластинки. Недостатками способа являются сложность процесса отбора и неоднозначность критериев отбора. Выход годных детекторов мал, не удовлетворяет предъявляемым требованиям, 40 кроме того, значительная часть пластинок отбраковывается после резкикристалла. Наиболее близким техническим ре 45 шением к предложенному по большинству существенных признаков является способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений,включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле, последую 50 щее измерение токов термостимулированной деполяризации в температурных интервалах 400-440 и 460-500 К, отбор алмазов, у которых максимальное значение токов деполиризации 55 менее порогового значения. Скорость нагревания выбирается 0,1-1,0 К/с, напряженность электрического поля 83 20,2-2,0 кВ/см, доза рентгеновского излучения - более 300 Р, пороговое значение выбирают равным (0,5-5,01 10 А/смНедостатком прототипа являе"ся то, что данный способ отбора не позволяет прогнозировать появление спектрометрических свойств детекторов, а спектрометрические детекторы в настоящее время составляют малую часть общего количества счетных детекторов.Целью изобретения является повышение экономичности отбора алмазов со сиектрометрическими свойствами путем прогнозирования спектрометрических свойств в исходных алмазах.Указанная цель достигается тем, что в способе отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений,включающем облучение алмаза с электродами в электрическом поле, последующее измерение токов термостимулированной деполяризации в температурных интервалах 400-440 и 460-500 К, отбор алмазов, у которых максимальное значение токов деполяризации меньше порогового значения, пороговое значение тока деполяризации выбирают не более 0,510 А/см , дополгнительно облучают алмаз импульсным ультрафиолетовым излучением, регистрируют кинетику затухания фото- проводимости алмаза и определяют время жизни неравновесных носителей заряда, отбирают алмазы с постоянной времени жизни не менее 10 с.-ВСпособ осуществляют следующим образом.Исходный камень алмаза с временными контактами помещают в электрическое поле и облучают рентгеновским излучением. После выключения излучения и снятия электрического поля контакты эакорачивают на входное сопротивление злектромера. После затухания переходных токов производят нагревание с постоянной скоростью и одновременно измеряют величину тока. Фиксируют значение тока в температурных интервалах 400-440 и 460- 500 К. Максимальное значение токасравнивают с пороговым значением. Годными признают алмазы, у которых максимальное значение тока меньше порогового значения.Скорость нагревания выбирают в интервале 0,1-1,0 К/с, дозу излучения - более 300 Р, напряженность- 1выбирают не более 0,5 10 Л/см . Приплотности тока термостнмшронаннои,- э , гдеполяризации более О,э 10 Л/смконцентрация центров захвата настолько высока, что не осуществляется условие полного сбора заряда, поэтомудетекторы не будут обладать спектрометрическими свойствами.Дополнительно к измерению токатермостимулированной деполяризациив тех же алмазах проводится измерение фотопроводимости в импульсномрежиме. Для этого алмаз помещают визмерительную ячейку, согласованнуюс волновым сопротивлением кабеля,облучают импульсами ультрафиолетово -го излучения, например импульсамиизлучения азотного лазера, и регистрируют импульс фотопроводимости винтервале 10 . -10 с. Годными при-чзнаются алмазы, у которых наблюдается затягивание импульса с постоянной времени спада заднего фронта-вимпульса не менее 10 с, Остальныеалмазы признаются непригодными дляспектрометрических детекторов.Алмазы с постоянной времени затухания импульсной фотопроводимости менее 10 с непригодны для изготовления алмазных спектрометрических детекторов, что было определеноэкспериментально по результатам ис;35пытания детекторов, изготовленных изтаких алмазов,Прогнозирование спектрометрических свойств у алмазов по предложенному способу позволяет исключить затра 40 ты на изготовление детекторов, на обладающих этими свойствами.Пример реализации способа,45На исходный образец природного алмаза наносят электроды из аквадага. Электроды присоединяют к источнику напряжения, подают разность потенциалов, например 500 В, затем в электрическом поле образец облучают рентгеновским излучением с дозой 1000 Р. После окончания облучения напряжение снимают, контакты алмазного камня соединяют с входом электромет-ра. Выжидают, когда затухнут все 8:3 4переходные процессы, при необходимости корректируют нуль электрометра. Затем включают нагренание с постоянной скоростью, обычно с помощью электронного терморегулятора. В процессе нагревания,одновременно регистрируют токдеполяризации,например, записывая показание электрометра на диаграмме самописца. Определяют величину максимального тока деполяризации н температурных интервалах 400-440 и 4 бОК. Эту величину сравнивают с пороговым значением, равным О,З10Л. Отбирают алмазы с максимальным током ниже порогового значения.ФЭти алмазы помещают в ячейку для измерения импульсной фотопроводимости согласованную по волновому сопротивлению с кабелем, например, 75 Ом. Затем на образец подают напряжение 500 В, облучают излучением импульсного азотного лазера типа ЛГИс мощностью н импупьсе 1,5 кВт и длительностью менее 10 с. Форму импульса регистрируют с помощью стробоскопического осциллографа типа С 7-7. Выделяют область времен после окончания импульса, т,е. более 10с после начала импульса. Если в этой области времен есть длительный компонент, определяют постоянную времени спада по времени спада .величины фотопотока в 2,7 раза. Если постоян-вная времени больше 10 с, алмаз признают годным для изготовления спектрометрических детекторов.За базовый объект выбран прототип. По сравнению с ним заявляемый способпозволяет отобрать алмазы, пригодные для изготовления спектрометрическихдегекторов. В базовом способе выделить спектрометрические детекторы в отдельную группу можно только после полного изготовления детекторов и испытания спектрометрических свОйств всех детекторов. В связи с тем что технология изготовления спектрометрических детекторов отличается от технологии изготовления счетных детекторов, предсказаниеспектрометрических свойств на раннихэтапах изготовления детекторов.позволяет сократить время изготовленияи устранить из технологического процесса этап испытания спектрометрических характеристик всех детекторов.