WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

ионизации, следует использовать реакции, в которых Данные итоговой табл. 7 по сопоставлению характериих энергия передается другим, уже короткопробежным, стик дозиметров различных типов позволяют заключить, частицам — например, -частицам или осколкам делечто диодные структуры на базе эпитаксиальных пленок ния, которые будут регистрироваться SiC-детектором.

SiC вполне пригодны для дозиметрии - и -излучений.

Еще в 60-е годы при измерениях потоков нейтронов было обнаружено хорошее соответствие данных для 4.4.3. Регистрация релятивистских частиц. При плаSiC-диодов с покрытием U и результатов измерений нировании экспериментов с большой радиационной напо стандартной технике активации золотых фольг [120].

грузкой на ускорителях будущего поколения (таких как Было установлено также, что SiC-диоды способны Large Hadron Collider в ЦЕРН’е) карбид кремния, естерегистрировать -частицы после значительных доз тепственно, оказался в числе рассматриваемых материалов.

ловых нейтронов (6 · 1015 см-2). В отношении быстрых Его возможности как трекового детектора изучались в нейтронов (энергия более 1 МэВ) флюенс может доработе [119]. Использовалась полуизолирующая подложстигать 1017 см-2 [121]. При регистрации осколков ка 4H-SiC фирмы CREE толщиной 310 мкм. Контакты деления U непосредственно в канале реактора [98] к обеим сторонам образца были омическими. ДополSiC-детекторы показали в 5 раз большую радиаци нительно использовалась геометрия охранного кольца, онную стойкость, чем кремниевые. Поток нейтронов что позволяло в интервале ±500 В наблюдать линейсоставлял 108 см-2 · с-1, а время всей экспозиции 340 ч.

ную вольт-амперную характеристику с сопротивлением В этой связи обсуждалась возможность оценки спектра 5.1 · 1010 Ом · см.

нейтронов при комплектации SiC-детекторов набором Для имитации частиц высокой энергии применялись 233 234 235 238 232 преобразователей из U, U, U, U, Th, Pu.

электроны препарата Sr, имеющие максимальную энерПрогресс последних лет в области роста высокочигию 2.2 МэВ. Анализировались сигналы только от высостых пленок позволяет решить типичную для реакторов коэнергетичных электронов, проходящих сквозь образец задачу измерения поля смешанного нейтронно--излучеи производящих в SiC минимальную ионизацию. Для ния. В работах [122,123] опыт ставился на реакторе отбора таких случаев за образцом SiC располагался TRIGA в режиме малой мощности при вариации ее в стандартный кремниевый детектор, сигналы которого, соответствующие энергии 1 МэВ, дискриминирова- диапазоне 50-290 Вт. Здесь использовалась уже матрица из 22 диодов Шоттки диаметром 200 или 400 мкм. Дились, а с поглощением энергии > 1 МэВ поступали оды могли включаться параллельно, увеличивая общую на схему совпадений. Треки таких электронов в SiC площадь. Конвертером служил слой LiF, помещаемый содержали 17 000 пар электрон–дырка.

Опыт показал, что спектры сигнала и шума разде- вблизи поверхности детектора, и счет нейтронов прово6 дился по тритонам согласно реакции Li (n, ) H.

ляются четко, но авторами отмечены два негативных момента. Во-первых, эффективность переноса носите- В наблюдаемом спектре амплитуд сигналов разделей составляла только 12%. Во-вторых, ампли- ляются участки, связанные с регистрацией непосредтуда сигнала падала во времени экспоненциально с ственно фона -квантов и тритонов. В итоге эти виды постоянной = 14.2 мин. Указанные факты говорят о излучения определяются раздельно и, как следствие, низком значении времени жизни носителей заряда и оказалось возможным найти распределения нейтронов участии глубоких уровней в формировании электри- и -квантов в виде функции расстояния от центра.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе Измерения требуют 30 мин при соединении 12 диодов Таблица 8. Глубокие центры до и после облучения протонами с энергией 1 ГэВ дозой 3 · 1014 см-2 согласно DLTS-измерепараллельно.

ниям [126] При определении потоков -квантов и нейтронов детекторы показали высокую точность (0.6 и 1.9% соотКонцентрация центров, см-ветственно). Можно констатировать, что миниатюрные SiC-детекторы могут успешно применяться не только Тип центра Энергия, эВ Перед После для контроля сборок реактора, но и в его активных облучением облучения зонах.

E1/E2 0.35–0.4 (1-2) · 1013 (1-2) · R 1.1–1.2 < 5 · 1012 5 · 4.5. Радиационная стойкость детекторов Радиационная стойкость SiC по отношению к действию ядерного излучения в той или иной мере заИспользовались диоды Шоттки (диаметром 600 мкм), трагивалась в каждом из предшествующих разделов.

сформированные магнетронным напылением Ni на поОбратимся к упомянутому в п.4.4.3 случаю релятивистверхность чистых эпитаксиальных пленок 6H-SiC, выских частиц в связи с планируемыми на „большом ращенных методом сублимационной эпитаксии в ваколлайдере адронов“ ЦЕРН’а масштабными эксперименкууме [128]. Разностная концентрация ионизованных тами, в которых детекторы должны работать автономно примесей изменялась от 5 · 1014 см-3 у поверхности в течение 10 лет. При этом дозы облучения детекдо 8 · 1015 см-3 на глубине d = 7 мкм. Подобное расторов релятивистскими частицами лежат в интервале + пределение величины Nd -Na позволяло получить в 2 · 1014-5 · 1015 см-2 в зависимости от расположения структуре диода „тянущее поле“, увеличивающее эффекотносительно точки взаимодействия пучков. В укативную диффузионную длину носителей [129].

занных условиях использование хорошо отработанных Детектирующая способность SiC-структур в соответтехнологически кремниевых детекторов уже при дозах ствии с разд. 4.2 анализировалась по -частицам препа 1014 см-2 встречает серьезные ограничения [124].

рата Cm. Характеристики образовавшихся в процессе Во-первых, значительно возрастает рассеиваемая облучения глубоких центров определялись методикой мощность (растут обратные токи и значения напряжения DLTS. Типичная зависимость сигнала от напряжения обеднения структуры). Во-вторых, падает эффективность переноса неравновесного заряда и, соответственно, ам- E(U) представлена на рис. 11. Показательно незначиплитуда сигнала. В этой связи исследуется результа- тельное отличие значений E для разных образцов, что тивность охлаждения Si-детекторов, а также управления указывает на достаточную однородность свойств SiC по профилем поля за счет дозированной инъекции носите- площади пленки.

лей из контакта [125]. Усложнение условий работы с Облучение дозой 3 · 1014 см-2 изменило значения LD + кремниевыми детекторами приводит к поиску матери- дырок менее чем на 30%, отклонения Nd -Na от исходалов с большей радиационной стойкостью.

ных значений были несущественны.

В [126,127] анилизировалась работа SiC-детектора Измерения спектра глубоких центров показали супосле воздействия протонов с энергией 1 ГэВ при возщественное изменение концентрации только R-центров растании дозы от 3 · 1014 до 1.3 · 1015 см-2.

(см. табл. 8). Введение этих центров изучалось в [130] при облучении протонами с энергией 8 МэВ, и установлена их вакансионная природа. Поэтому с помощью программы TRIM были сопоставлены числа первично образованных вакансий для энергий 8 МэВ и 1 ГэВ. Их отношение оказалось 110 : 1, что является следствием падения с ростом энергии сечения рассеяния протона на атомах Si и C.

На опыте содержание R-центров в двух упомянутых случаях соотносилось как 400 : 1. Таким образом, результат, ожидаемый на базе представлений о первичных дефектах, разошелся с количеством „конечных“ центров, возникших в ходе физико-химических реакций в SiC.

Очевидно, в процессе дефектообразования проявляется расхождение в энергии, передаваемой первично выбитым атомам Si и C.

Рис. 11. Зависимость от напряжения энергии, выделенной В случае высокоэнергетичных протонов возникают -частицей в чувствительной области диодной структуры деболее плотные образования пар Френкеля, в которых тектора до облучения протонами (см. [126]). 56, 36, 25 — номерекомбинация вакансий и межузельных атомов происра образцов. Нелинейный характер зависимости (сплошная ходит эффективнее. Соответственно меньше вакансий линия) связан с неоднородным распределением примесей в поступает из треков атомов отдачи в объем пленки пленке SiC.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 144 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан с образованием R-центров. Упомянутый механизм ре- зы 3 · 1014 см-2) было получено для переноса дырок комбинации компонент пар Френкеля, дополненный с Lh = 400 мкм.

F учетом их возможной перезарядки, был детально рас- В отношении длины смещения электронов Le провоF смотрен на примере кремния в [131]. Заметим, что про- дилась лишь оценка. Исходной служила величина произтивоположный случай слабой рекомбинации вакансий и ведения подвижности и времени жизни для электронов межузельных атомов, характерный для алмаза, позволя- (µee) =7 · 10-9 см2/В, полученная в [134] для дозы ет ставить принципиальный вопрос о его радиационной 8 · 1015 см-2 протонов с энергией 8 МэВ. В предположестойкости [132].

нии, что падение e обусловлено R-центрами, вводился Суммарная доза протонов 1.3 · 1015 см-2 [127] вызва- коэффициент, учитывающий число возникших R-центров ла определенные изменения характеристик структуры.

для протонов с энергией 1 ГэВ при дозе 3 · 1014 см-2.

Произошла сильная компенсация проводимости SiC, и В итоге получено Le 1 см, и можно заключить, что F в диодной структуре детектора возникла высокоомная длины дрейфа носителей вполне удовлетворительны для база со временем максвелловской релаксации, превы- детекторов с рабочей зоной W в несколько сотен мкм.

шающим время формирования сигнала электроникой.

После суммарной дозы протонов 1.3 · 1015 см-2 данных В таких условиях, согласно [133], в режиме неполного по длинам дрейфа носителей в [127] не приводится.

обеднения структуры должно наблюдаться характерное Показательно из результатов [126,130], что на припадение сигнала в W /d раз (при этом амплитуда роду вводимых радиационных центров энергия протосигнала W U). Однако в [134,135] на примере нов заметного влияния не оказывает. В обоих случаях полуизолирующих пленок SiC было установлено, что (8 МэВ или 1 ГэВ) основную роль играет R-центр с для -частиц, пронизывающих базу насквозь, релаксация энергией 1.1-1.2 эВ ниже дна зоны проводимости.

последней ускоряется вследствие присутствия в треке В итоге с позиций детекторов дозу релятивистских значительной концентрации неравновесных носителей.

протонов 3 · 1014 см-2, согласно [126,127], следует расДействительно, зависимость Weff = f (U + 1.5)1/2 после сматривать как порог возникновения радиационных издозы 1.3 · 1015 см-2 сохранялась линейной [127], но точменений свойств SiC данного уровня чистоты. На этой ность эксперимента не позволила разделить слагаемые стадии не происходит существенного падения времени величины Weff = W + LD.

жизни носителей или заметной компенсации проводиРис. 12 иллюстрирует величину переносимого в струкмости.

туре заряда для двух доз протонов. Напряжение, требуемое для достижения того же значения заряда, после 4.6. Возможности усиления сигнала второй дозы оказалось выше в 3 раза. Этот факт, скорее всего, отражает наличие локальных неоднородностей Выше были определены величины, характерные для при компенсации материала. На это же указывает сниже- переноса носителей в SiC, и приведены примеры успешние с ростом поля величины FWHM спектра до 10%, т. е.

ной апробации детекторов в ряде актуальных задач. Очевыравнивание условий переноса носителей по объему видно, что основной проблемой SiC-детекторов является детектора.

малая протяженность рабочей зоны. Это в особенности Длина дрейфового смещения дырок в поле F опреде- ощутимо при регистрации проникающего слабо ионизилялась авторами [126] по соотношению рующего излучения. В этой связи представляется интересным рассмотреть, имеется ли возможность увеличеLh =(µhh)F =(LD)2(Fe/kT), (8) F ния эффективного значения рабочей зоны, например, за счет получения большего сигнала, чем первоначально где k — постоянная Больцмана. Подстановкой знавыделенная в детекторе энергия.

чений LD = 1мкм и F = 105 В/см (после первой до4.6.1. Принцип „сквозного проводящего канала“.

Этот принцип был сформулирован в конце 50-х годов применительно к полуизолирующим пленкам с монополярной проводимостью [136,137]. Если в детекторах типа ионизационной камеры контакты блокируют поступление носителей из внешней цепи, то в [136,137] рассматривался противоположный случай, когда контакты не ограничивают ток. Необходимым условием также было, чтобы сильно ионизирующая частица пронизывала пленку. Соответственно проводящие треки частиц шунтировали сопротивление пленки.

Если монополярная проводимость обусловлена малым временем жизни, для определенности — дырок, то созданные частицей неравновесные дырки локализуются Рис. 12. Зависимость от приложенного напряжения сигнала на центрах и неподвижны. Что касается электронов, детектора при двух дозах релятивистских протонов (см. [127]).

Доза, см-2: 1 —3 · 1014, 2 —1.3 · 1015. то их перенос возможен через трек и внешнюю цепь.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе Таким образом в полуизолирующей пленке возникает в базе. Зависимость E(U) была сублинейной с явной „сквозной проводящий канал“. Перенесенный в цепи тенденцией к насыщению. Авторы [141] связывают такое заряд Q связан с созданным в ходе ионизации частицей поведение сигнала со слабой инжектирующей способнозарядом Q0 пропорцией стью эмиттера — барьера Шоттки и малым временем жизни носителей заряда у барьера. Форма спектральной Q = Q0 (µee)eF/d = Q0(e/tdr), (9) линии была гауссовой с шириной FWHM 10%, что где tdr = d/µeF — время дрейфа электронов через указывает на достаточно высокую однородность условий пленку. Если выполняется неравенство e/tdr > 1, то переноса заряда в пленке.

будет наблюдаться усиление сигнала.

2. В режиме, когда коллектором является барьер В работе [134] аналогичная ситуация была смо- Шоттки, зависимость E(U) приобретала суперлинейделирована при включении в пропускном направле- ный характер. Сигнал соответствовал уже величине нии p+-n-n+-структур на основе пленок 6H-SiC с 60-80 МэВ. Форма спектра, как и в первом случае, окавведенными радиационными центрами. Пленки имели залась гауссовой, причем величина разброса составляла исходную концентрацию нескомпенсированных доновеличину FWHM 9% (практически равную получен+ ров Nd -Na = 4.5 · 1016 см-2 и толщину в нескольной выше).

ко мкм. Облучение протонами с энергией 8 МэВ доКачественное описание в [141] проведено согласно зой 8 · 1015 см-2 повышало сопротивление пленки до модели, развитой в монографии С.М. Рывкина [138].

5 · 109 Ом · см.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |



© 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.