Интегральный полупроводниковый детектор ионизирующих излучений и способ его получения

Номер патента: 1436794

Авторы: Вербицкий, Рыжиков, Селегенев, Силин

ZIP архив

Текст

(56) Авторское св У 766294, кл, С 0Авторское свид В 1060035, кл. С детельство СССРТ 1/20, 1979.тельство СССР01 Т 1/16, 1983. ЛУП РОВОДНИКОВЦЙХ ИЗЛУЧЕНИЙ И тся к техн их излуч к интегр ьдетектор ся повый ОСУДАРСТБЕНКЬМ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПО ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУ 10 ЩИ СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относ ке измерений иониэирую ний, более конкретно - ному полупроводниковом Целью изобретения явля ние чувствительности детектора и ее стабильности во времени. Цель достигается тем, что р-и-переход детектора состоит иэ сцинтиллятора 2 п 8 е(Те) и-типа проводимости и фотоприемного слоя 2 пТе к Зер-типа либо р-и-переход состоит иэ сцинтиллятора СИЯ(Те) и-типа проводимости и фотоприемного слоя СдТе 1, Я р-типа. В способе изготовления термо" обработку проводят при избыточном давлении одного иэ компонентов в иэотермическик условиях при 800 - 1100 С в течение 1 О -1 О сИзобрео 3тение позволяет создать целое семейство детекторов нового поколения для ряда применений. 2 с. и 2 э,п, ф-лы,ил 2 табл.Изобретение относится к областирегистрации и измерения интенсивности как непрерывных, так и импульс-йых потоков М., (3 и 1 -излучений,рентгеновских лучей, нейтронов и может найтись применение в системах,предназначенных пля индикации и ис-следования этих излучений, а такжев счетчиках частиц. 10Целью изобретения является повышение чувствительности детектора иее стабильности во времени в процессе эксплуатации детектора,Согласно предлагаемому изобретению р-и-переход состоит из твердогораствора соединений А В и выполя 1нен н ниде оболочки, покрывающей поверхность сцинтиллятора.В случае сцинтиллятора ЕпЯе 1 Те) 2 ри-типа проводимости Фотоприемным слоем является ЕпТе,Бер-типа, а вслучае сцинтиллятора СЮ(Те) п-типа,фотоприемный слой - СдТе 1Яр-типа. 25Согласно изобретению териообработку проводят при избыточном давлении од"одного из компонентов сцинтилляторав иэотермических условиях при температуре 800-1100 С в течение 10 -10 с. ЗОВ предлагаеиом устройстве в твердом растворе соединений А В происв чходит изменение типа проводимости,позволяющее регистрировать световойсигнал, основываясь на фотодиодномпринципе, инерционность которого непревышает 10 с. Таким образом,предлагаемый детектор имеет существенное отличие от известных.1В предлагаемом детекторе нанесениеоФотоприемника на сцинтиллятор осудвэствляют в виде оболочки.Р-а-переход образуется в области. составов 0,3х с 0,5благодаря изме"нению концентрации собственных точечных дефектов решетки, определяющихтип проводимости-материала.Изотермичность обеспечивает одно"родность условий нанесения покрытия,Высокая температура уменьшает влияние качества обработки поверхностиблагодаря диффузионному выравниваниюконцентрации адсорбированных поверхностью примесей.Полученный предлагаеиым способомр-и-переход в системе Еп 8 еТе,. имеет максимум чувствительности в области 2, 1 эВ (585 нм) при сохраненииветовыхода сцинтиллятора, что обуславливает яьк.окую чуястдительност петектора в целом, в 1,5 раза превышающую чувствительность петектора, полученного напылением СиБе на 7 пБе или СиЯ на СдБ.На чертеже показана блок-схема нрецлагаеиого детектора.. Сцинтиллятор 1 через ниэкоомный слой 2 соединен с фотоприемником 3, частью которого является слой ц твердого раствора сцинтиллятора и Фотоприемника. К фотоприбмнику 3 подключен металлический контакт 5, к низкоомноиу слоюподключен металлический контакт 6.Через контакты 5, б к Фотоприемнику подключены источник питания 7 и сопротивление нагрузки 8. К сопротивлению нагрузки 8 подключен измерительный прибор 9. Если материал сцинтиллятора низкоомен, то контакт наносится непосредственно на спинтиллятор.Принцип работы детектора следующий.Ионизирующее излучение, попадая в кристалл спинтиллятора 1, возбуждает в нем световое излучение. Зто излучение попадает на Фотоприемник 3, где в слое 4 твердого раствора, содержащем р-п-переход, происхопит поглощение света, сопровождающееся генерацией носителей заряда, что приводит к возникновению ФотоЗДС и тока через сопротивление нагрузки 8, Падение напряжения на сопротивлении 8 регистрируется измерительным прибором 9. После прекращения ионизирующего излучения прекращается световое излучение и восстанавливается равновесная концентрация носителей заряда, при которой ток в цепи через сопротивление нагрузки отсутствует. Время релаксации детектора в вентильном режиме не хуже 10 с, в пиопном -10 с и может быть в принципе еще уменьшено.оДля получения стабильного во времени фотоприемника необходимо, чтобы в твердом растворе сцинтиллятор - фотоприемник компонента Фотоприемника замещала в узле решетки компоненту сцинтиллятора. При этом в решетке твердого раствора должны отсутствовать иеждоузельные атомы материала фотоприемника,так как при комнатной температуре наиболее вероятна с энергетической точки зре з14 З 62 Чция диффузия цо междоузлиям. С другой стороны, чтобы уменьшить вероятность диФфузии по вакансиям, ксмпоценты эдмещдющая (Фотоприемника) и:.здмещдема (сцинтиллятора) должнысущественно различаться по ионномурадиусу, Вероятность диффузии компоненты фотоприемника резко уменьшается, если ее ионный .радиус много вьппе замещаемой,. компоненты сцицтиллятора, В противоположность этому требованию высокочувствительная гетероструктура получается принезначительном различии ионных радиусов р-п-слоен,Для того, чтобы сцинтилляционныесвойства подложки не ухудшалисьпри нанесении фотоприемника, необходимо сохранение требуемой стехио 0метрии сцинтиллятора при высокойтемпературе нанесения покрытия, Поэтому нанесение покрытия проводятв среде избыточного (как правило,более летучего) компонента сцинтиллятора. Однако, присутствие этогокомпонента не должно приводить кухудшению свойств фотоприемника.Сюда следует еще добавить необходимое условие согласования спектра 30излучения сцицтиллятора со спектромфоточувствительности фотоприемника,Совокупность перечисленных требований, обвспечивдющих сохранениесцинтилляционных свойств подложки,высокую Фоточувствительность фотоприемника и стабильность всей структуры во времени, кажется противоре,чивой, це поддается теоретическому 40расчету и представляется с перногонзглядд неразрешимой задачей.Вопрос о возможности сущестнования конструкции, представляющей предмет данного изобретения,и способа ее 4 яполучения мог быть установлен ибыл решен только после длительногопоиска экспериментальным путем,Очевидно, что повышение чувствительности фотоприемника пропорциональ-цно его площади, В рассматриваемомслучае при стандартной форме сцинтиллятора в виде цилиндра снетосбор осуществляется в геометрии 4 ТТ и востолько же раз должна увеличиться чувствительность фотоприемника и, соответственно эФфективность регистрации детектором ионизирующего излучения. В цццц эоце ц р и й 2,0-200 к В,т, е, во всем дидпдзоц эцс ггий лццицской вычислительцсй тол грдфии,эффективность регистрации вьппе цд20-307 чем ожидаемая, Более лс тдцьное исследование показало, что повышение чувствительности связдно свк.цдлом самого фотоприемцикд в преобразование энергии цоциэируюпцгоизлучения в электрическую, т.е. гетероцереход работает кдк полупроводниковый детектор ионизирующих излучений.При нанесении фотоприемццкд в виде оболочки Фотоприемник одцонременно работает как детектор и ионизирующего, и светового излучения.Приэтом повышение фоточувствительцостифотоприемника превьппдет ожидаемое втом случае,если приемник используется только как полупроводниковый детектор излучений. Специально проведенные исследования на фотоприемниках показали, что при одинаковой(по срдяцению с нанесенной нд сцинтиллятор) фоточувствительности эффективцость его регистрации ионизирующих излучений не превьщает 15307. (в диапазоне энергий 200-25 кэВ),эФфективности регистрации Фотоприемника, нанесенного нд сцццтиллятор.Вследствие отсутствия строгойтеории, описывающей процессы преобразования энергии ионизирующего излучения н световую и электрическую вн чполупроводниконых соединениях А Вукаэанный эффект не может бытьобъяснен в рамках существующих представлений. Предположительно, он объясняется следующим образом,Известно,что в соединениях А В наряду с процессами рекомбинации,сопровождающимися образованием пар носителей противоположного знака под действием оптического излучения, происходят противоположные процессы аннигиляции образующихся пар носителей. Это приводит к уменьшению реально регистрируемых измерительным устройством пар носителей и эффектинность преобразонация световой энергии в электрическую,как правило, не превышает 507 По-видимому, в рассматриваемом случае, вследствие того, что описываемый процесс происходит на фоне воздействия ионизирующего излучения, существенно меняются условия5 4367 ппигиляции образующихся под яоэдейстяием светового излучения носителей раэчого знака, заметно уменыпается вероятность перехода их в такие раз 5 решенные состояния, при которых аннигиляция осуществляется.Так как фотоприемник выполнен в. виде оболочки, охватывающей всю по-. верхность сцинтиллятора, то независимо от его расположения относительно источника излучения всегда имеется плоскость входного окна ионизирующего излучения, в которой регистрация светового излучения производится иа фоне интенсивного воздействия на фотослой проникающей радиации;Именно такой процесс, видимо, при- . водит к обнаруженному нами повышению на 20-.307П р и м е р 1, Сцинтилляциоиный. элемент в виде прямоугольного параллелепипеда из Еп 8 е(Те) размерами 5 х 7 х 10 мм после механического шлиФфования и полировки до 12 класса чистоты поверхности промывают водным раствором щелочи ЯаОН и затем дивыходной сигнал я нентильном режиме 1,0 ед.П р и и е р 3. Проволился аналогично прикеру 1. Отличие в режиме термообработкиТ =- 1100 С,с = 1 О с; выходной сигнал в вентильном режиме 1,5 ед.П р и м е р 4. Проводился ана логично примеру 1. Отличие в реюще термообработки; Т1000 С,й1 О с; выходной сигнал в вентильном режиме 1,5 ед.П р и м е р 5. Проводился аналогично примеру 1,Отличие в режиме термообработки: Т = 1000 С, г. " 10 с; выходной сигнал в вентильном режиме 1,8 ед.Зависимость чувствительности интегрального детектора ионизирующих излучений от условий нанесения диодного слоя: температуры и времени термообработки показана в табл. (сцинтиллятор ЕпЯе(Те), фотопокрытие ЕпТе),Таблица 1С, с30 335 1,5 1,6 О 1,5 1,3 1,8 1,5 1040 стиллированной водой.Элемент помещают в кварцевую ампулу объемом ф 25 см с добавкой ЕпТе ф"О, г и Еп 0,02 г. Ампулу откачивают до остаточного давления 10 торр - 1 Па и герметизируют запайкой.Герметизированную ампулу нагревают в печи до Т = 1000 С и выдера живают в течение С = 10сдавление паров .цинка достигает О Па. Температураснижается со скоростью не более 60 /ч.Сцинтиллятор с образовавшимися на нем диодным слоем твердого раствора ЕпБеТе0,2 с х с 1 толщиной 20-40 мкм извлекают нз ампулы. С поверхности 7 х 10 сошлифовывают диодный слой.К противополо;кным плоскостям детектора 7 х 10 вакуумным напылением наносят индиевые контакты,В вентильном режиме при 10 нс импульсном облучении рентгеном .с энергией 100 кэВ получен выходной сигнал 0,2 В (2 ед) с постоянной времени спала С = 5 10 с. П р и м е р 2, Проводился аналогично примеру 1, Отличие в режиме териообработки: Т800 ,10 с;о Э Чувствительность, отн,ед.,при Т ( С)800 1000 100 Фотодиодная структура в. системеЕпБе-ЕпТе образуется в широкой об"ласти температур и времен термообработки. Однако уменьшение температурыТ с 800 С и времени обработки с с 1 ОЗсснижает световыход сцинтилляторавследствие неоптймальности условий 5 О активации полосы 640 нм, а увеличеоние этих параметров Т1100 Съ 10 с приводит к увеличению толшины самокомпенсированного слоя твердого раствора, что уменьшает эффективность регистрации светового сигнала, и соответственно - чувствительность детектора.Иэ данных табл.1 следует, что оптпмальными для получения интегральс Таблица 2 Стабильностьучерез0,5 года Детектор Чувстви- тельност отн.ед. Прототип из сои М 1 единений А В В1"1,50,3"0,4 Заявляемый из соединений А В 2 пБе(Те)- -2 пТеО 1, 5-1,8 1,5-2 Заявляемый иэ соединений СЙБ(Те)- -СйТе 1-1,5 0,9-1,3 Изобретение обеспечивает создание высокочувствительного стабильного во времени детектора ионизиру 7 14 ного детектора н системе 2 пБепТе являются Т ф 1000 С, с10 с.Интегральный детектор,в котором сцинтиллнтором является СдБ(Те), а фотоприемником СЙТе с максимальной чувствительностью 1 ед.получен термообработкой СИБ(Те) йри Т800 С в течение 10 с йри давлении паров теллура 10 Иа.,4Уменьшенная чувствительность детектора на основе СИБ-СВТе связана с наличием в спектре люминесценции двух максимумов и меньшей абсолютной чувствительностью самойдиоднцй структуры.Сравнение свойств предлагаемого детектора и прототипа показаны в табл.2. 36294киях излучений, отвечающ го траонанинм к устройствам такого назначения.Б Формула изобретения Интегральный полупроводниковый детектор ионизирующих излучений,1 О содержащий выполненные из соединений А" В сцинтиллятор и интегрально нанесенный на него фотоприемник,образующий р"п-переход с материаломсцинтиллятора, о т л и ч а ю щ и й1 В. с я тем, что, с целью повышениячувствительности детектора и ее стабильности во времени, р-и-переходсостоит из твердого раствора соединений А" В , покрывающего поверке20 ность сцинтиллятора,2. Детектор по п.1, о т л и ч ащ и й с я тем, что р-и-переход состоит иэ сцинтиллятора 2 пБе(Те) и-типа проводимости и фотоприемного слоя26 СЙТе Б р-типа.3. Детектор по и.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что р-и-переход состоит, иэ сцинтиллятора СЙБ(Те) и-ти. па проводимости и фотоприемного слояЗО СЙТе, к Б р-типа,4, Способ получения интегрального полупроводникового детектора ионизирующих излучений, включающий термообработку сцинтиллятора и соединения, образующего с материалом1сцинтиллятора фотодиодную структуру, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения чувствительности детектора за счет повышениясветовьмода сцинтиллятора в заданнойспектральной области, термообработку проводят при избыточном давленииодного из компонентов сцинтиллятора,в изотермических условиях при тем 45 ператуе Т 800"1100 С, в. течение1436794 Составитель В.Рахмановктор И.Шубина Техред Л.Кравчук Корректор Н;Васильева аказ 1096ВН твенно-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул. Проектная роиэв ТирааИИПИ Государственного по делам иэобретений 5, Москва, 1-35, Раув Подписнокомитета СССРи открытийкая наб., д, 4/

Смотреть

Заявка

4065878, 05.05.1986

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Р-6496

РЫЖИКОВ В. Д, ВЕРБИЦКИЙ О. П, СЕЛЕГЕНЕВ Е. М, СИЛИН В. И

МПК / Метки

МПК: G01T 1/20, H01L 31/0296

Метки: детектор, излучений, интегральный, ионизирующих, полупроводниковый

Опубликовано: 15.02.1993

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1436794-integralnyjj-poluprovodnikovyjj-detektor-ioniziruyushhikh-izluchenijj-i-sposob-ego-polucheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Интегральный полупроводниковый детектор ионизирующих излучений и способ его получения</a>

Похожие патенты