WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ионизации и шума выражается законом Гаусса с дисперФактором, определяющим возникающий разброс амплисией туд (разрешение детектора), является неизбежное для 2 =(ion + noise)1/2. (5) реальных монокристаллов различие в условиях переноса Проведя свертку указанного спектра с данными гипакетов носителей заряда для разных треков. Подчеркстограммы на рис. 1, получаем аппаратурную форму нем, что существенны именно микронеоднородности, линии (см. рис. 1, сплошная кривая). При расчете для поскольку объемы дрейфующих к электродам треков шума было принято значение noise = 1.7 кэВ. Видно, что незначительны. Например, для -частиц даже при учете в рамках указанных выше допущений результирующая поперечного диффузионного растекания размер трека ширина линии составляет 8.75 кэВ. Эта величина праксоставит 5 · 10-9 см-3.

тически совпадает с расчетом теоретически возможного В SiC-детекторах, выполненных на пленках нового разрешения кремниевых детекторов.

поколения, наблюдается четкое насыщение амплитуды сигнала с ростом напряжения смещения (U). Это позволяет заключить, что перенос заряда происходит в 3. Сравнение с практическими полной мере и его возможные потери лежат в пререзультатами делах точности измерений. Последняя весьма высока и „неучтенные“ потери могут составить лишь десятые В случае кремния предельно достижимый уровень доли процента.

разрешения удалось реализовать на практике [9]. СлеЧто касается фактора неоднородности, то его значедовательно, факторы полупроводниковой природы как ние можно оценить по зависимости разрешения детекнепосредственно кремния, так и структуры детектора тора от величины потерь заряда =(q0 - q)/q0. Здесь в целом заметной роли в ограничении разрешения не q0 и q — созданный частицей и зарегистрированный играют.

заряды. Для образования потерь детектор переводится Для менее отработанных технологически SiC-детектопутем снижения напряжения U в режим, когда область ров разрешение на данный момент оказывается в два поля становится менее пробега -частицы и в переносе раза худшим расчетной величины. Наиболее вероятная заряда участвует диффузия. Согласно [14] зависимость причина состоит в проявлении потерь неравновесного от потерь заряда ширины спектра, отнесенной к средней заряда при переносе в рабочей зоне детектора, а также амплитуде, является линейной:

в неоптимизированном „входном окне“.

FWHM =. (6) 3.1. Потери заряда в объеме структуры Значение коэффициента служит мерой неоднодетектора родности потерь. В указанной работе применительно Потери заряда в ходе переноса могут происходить к стандартному поверхностно-барьерному кремниевому за счет рекомбинации пар электрон–дырка либо путем детектору получено = 0.36.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Предельное разрешение по энергии карбид-кремниевых детекторов при спектрометрии ионов На рис. 4 представлены зависимости (6) для двух границе полупроводник–металл и рекомбинируют через SiC-детекторов. Зависимость 1 относится к детектору, поверхностные состояния. Для реальной поверхности спектр которого описывался монолинией во всем диа- характерна высокая локальная неоднородность значений пазоне напряжений, включая нулевое значение. Спектр скорости рекомбинации, поэтому следует также ожидать второго образца представлял собой дублет до смещений заметных флуктуаций потерь заряда.

35 В (см. вставку на рис. 4). Следовательно, условия Отметим, что роль границы раздела изучалась для переноса заряда для различных участков площади об- кремниевых поверхностно-барьерных детекторов. Исразца были заведомо неодинаковы. Интегрально образец следовался перенос заряда в сверхплотных треках осколследует рассматривать как два включенных параллель- ков деления ядер и ускоренных тяжелых ионов [19,20].

но детектора с различающимися потерями. Соответ- В природе наблюдаемого дефицита заряда решающую ственно функция FWHM = f () претерпевает излом роль авторы отвели именно состоянию поверхности при величинах потерь (напряжениях U), приводящих к детектора.

появлению дублета.

Показательно, что полученные значения параметра = 0.06-0.10 заметно меньше наблюдавшихся в рабо4. Заключение те [14] для кремния. В итоге при оценке негативного вклада захвата заряда в разрешающую способность соМоделированием по методу Монте-Карло получен гласно (6) получаем FWHM 0.01%, т. е. незначительспектр переданной атомам Si и C („рабочей среды“) ную сравнительно с рассмотренными выше фундаменэнергии при упругом рассеяния -частиц. Спектр иметальными ограничениями 0.2%.

ет характерную асимметрию за счет правой части, связанной с передачей значительных порций энергии.

Характеристики спектра близки к случаю кремниевого 3.2. Роль „входного окна“ детектора, хотя наличие атомов углерода могло внести Как показано выше, объяснить расхождение расчетискажения. Вследствие различия масс атомов и сечений ных значений разрешения с данными опыта за счет рассеяния Si и C поглощаемая ими энергия также захвата заряда в объеме детектора не удается. Поотлична.

этому следует отнести расхождение к неоптимальной Флуктуации выхода ионизации (при равенстве знаконструкции „входного окна“ детектора. Аналогичная чений фактора Фано) в случае SiC имеют большую задача решалась при становлении спектрометрии вывеличину из-за большей средней энергии образования сокого разрешения Si-детекторами [15]. Были вскрыты пары электрон-дырка. Общая гауссова форма спектра недостатки барьеров Шоттки и показана необходимость флуктуаций ионизации и неизбежных на практике шуполучения „ультрамелкого“ p+-n-перехода путем дифмов позволяет суммировать квадраты их дисперсий.

фузии. Используя идеологию „встроенного поля“ (см., Последнее смягчает больший вклад канала ионизации например, [16]), удалось получить эффективную толщименьшими шумами SiC-детекторов (сугубо меньшие гену „окна“ в эквиваленте кремния всего в 300.

нерационные токи). Расчетная результирующая ширина При спектрометрии -частиц SiC-детекторами [17] исспектральной линии в итоге составила 8.75 кэВ.

пользовалась структура с барьером Шоттки, созданным Что касается факторов полупроводниковой приронапылением пленки хрома толщиной 0.1 мкм. Прямые ды, то достигнутый уровень качества объема пленок потери энергии в такой пленке составляют 34 кэВ обеспечивает собирание заряда с точностью в доли (0.6%). Поскольку пленка относится к разряду „тонких“, процента. К тому же перенос происходит при высокой флуктуации указанной величины значительны. Оценка идентичности условий по площади детектора. Данные по модели Бора (см. монографию [18]) приводит, в эксперимента, уступающие в 2 раза расчетным значеусловиях перпенидикулярного вхождения -частицы, к ниям разрешения, следует связать с недостаточно отвеличине FWHMwin 10 кэВ. В методическом плане это работанной технологией структуры детектора в целом.

равносильно потере источником монохроматичности.

Для дальнейшего улучшения разрешающей способности Отметим, что при измерениях разрешения в работе [17] в первую очередь необходимо совершенствовать технопараллельность пучка -частиц не выдерживалась, пологию „входного окна“ структуры.

этому флуктуации энергии после прохождения „окна“ В целом можно заключить, что благодаря пленкам были более значительными.

нового поколения карбид кремния полноправно вошел Другим негативным фактором при использовании бав группу базовых полупроводниковых материалов, прирьера Шоттки являются потери заряда по каналу поверхгодных для спектрометрии ядерных излучений высокого ностной рекомбинации. Здесь проявляется специфика разрешения.

плотных треков, образуемых -частицами. Благодаря высокой плотности неравновесных носителей заряда трек в Работа выполнялась при частичной поддержке проопределенный интервал времени находится в состоянии граммой Президента РФ № НШ-2223.2003.02, а такзаэкранированной плазмы. Электроны и дырки в треке же программами исследований коллаборации RD-не разделяются электрическим полем, а диффундируют к (CERN) и академии наук Швеции KVA.

5 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1474 Н.Б. Строкан, А.М. Иванов, А.А. Лебедев, M. Syvjrvi, R. Yakimova Список литературы The limit of the SiC detectors energy resolution at spectrometry of ions [1] R. Yakimova, M. Syvjrvi, R.R. Ciechonski, Q. Wahab. Mater.

N.B. Strokan, A.M. Ivanov, A.A. Lebedev, M. Syvjrvi, Sci. Forum, 457–460, 201 (2004).

[2] CREE Research, Inc., Durham, NC 27713, USA. R. Yakimova [3] F. Nava, P. Vanni, C. Lanzieri, C. Canali. Nucl. Instrum. Meth., Ioffe Physicotechnical Institute, A437, 354 (1999).

Russian Academy of Sciences, [4] A.A. Lebedev, N.B. Strokan, A.M. Ivanov, D.V. Davydov, 194021 St. Petersburg, Russia N.S. Savkina, E.V. Bogdanova, A.N. Kuznetsov, R. Yakimova.

Linkping University, Appl. Phys. Lett., 79, 4447 (2001).

[5] N.B. Strokan, A.M. Ivanov, N.S. Savkina, A.M. Strel’chuk, S-581 83 Linkping, Sweden A.A. Lebedev, M. Syvjrvi, R. Yakimova. J. Appl. Phys., 93, 5714 (2003).

Abstract

Modelling full braking -particles in SiC is fullfield by [6] А.М. Иванов, Е.В. Калинина, А.О. Константинов, a Monte-Carlo method and a histogram of the energy expenses Г.А. Онушкин, Н.Б. Строкан, Г.Ф. Холуянов, A. Hallen.

in nuclear collisions is obtained. The obtained spectrum has Письма ЖТФ, 30 (14), 1 (2004).

the characteristic asymmetric form and a line width on half of [7] Н.Б. Строкан, А.М. Иванов, Е.В. Калинина, Г.Ф. Холуянов, maximum FWHMnucl = 4.62 keV. The final form of a spectral Г.А. Онушкин, Д.В. Давыдов, Г.Н. Виолина. ФТП, 39, line is received by convolution with Gaussian, describing the (2005).

contribution of ionization fluctuations and noise (the detector [8] G. Bertuccio, S. Binetti, S. Caccia, R. Casiraghi, A. Castaldini, and the equipment). The resulting value of a line FWHM has A. Cavallini, C. Lanzieri, A. LeDonne, F. Nava, S. Pizzini, made 8.75 keV (at a noise dispersion 1.7 keV). The detectors L. Rigutti, G. Verzellesi, E. Vittone. Mater. Sci. Forum, 483– resolution reached in practice appears twice the worst of calculated 485, 1015 (2005).

value. It is established, that a charge losses at transport through [9] И.Н. Ильяшенко, Н.Б. Строкан. Письма ЖТФ, 22 (15), volume of the detector are insignificant also a resolution divergence (1996).

it is necessary to carry to not optimum design of an entrance ” [10] J. Lindhard, V. Nielsen. Phys. Lett., 2 (5), 209 (1962).

window“.

[11] Ion Implantation. Science and Technology, ed. by J.F. Ziegler (Acad. Press. Inc., 1984).

[12] E.L. Haines, A.B. Whitehead. Rev. Sci. Instrum., 37, (1966).

[13] U. Fano. Phys. Rev., 72, 26 (1947).

[14] Н.Б. Строкан. Письма ЖТФ, 24, (5), 44 (1998).

[15] Е.М. Вербицкая, В.К. Еремин, А.М. Маляренко, Н.Б. Строкан, В.Л. Суханов, И. Борани, Б. Шмидт. ФТП, 27, (1993).

[16] С. Зи. Физика полупроводниковых приборов (М., Мир, 1984) т. 1.

[17] A. Ivanov, E. Kalinina, G. Kholuyanov, G. Onushkin, N. Ctrokan, A. Konstantinov, A. Hallen, A. Kuznetsov. Mater.

Sci. Forum, 483–485, 1029 (2005).

[18] Л. Фельдман, Д. Майер. Основы анализа поверхности и тонких пленок (М., Мир, 1989).

[19] В.Ф. Кушнирук. Препринт ОИЯИ 13-11889 (Дубна, 1978).

[20] В.Ф. Кушнирук. Препринт ОИЯИ Р13-11933 (Дубна, 1978).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.