Типы полупроводниковых детекторов

Поверхностно-барьерные детекторы. P-n переход образуют окислением кислородом воздуха протравленной поверхности полупроводника. На эту поверхность напыляют тонкий металлический слой - токосъёмный электрод. Толщина чувствительной области (0,2 - 0,5 мм) зависит от напряжения смещения. Материал детекторов – кремний. ППД работают при комнатной температуре. Применяются для детектирования и спектрометрии частиц с коротким пробегом: низкоэнергетических протонов, альфа частиц и осколков деления.

Диффузионные детекторы. P-n переход может быть получен посредством диффузии в полупроводник (как правило, p-кремний) соответствующих его типу примесей (обычно, фосфора). Толщина чувствительного слоя такая же, как и в поверхностно-барьерном ППД. Работают при комнатной температуре. Свойства и область применения те же, что и для поверхностно-барьерного ППД.

Полупроводниковые детекторы с р -i –n переходом. Большой объём чувствительной области, пониженная ёмкость детектора, высокие эффективность и энергетическое разрешение могут быть достигнуты при использовании p-i-n структуры. На рис. 2.2.1 изображена p-i-n структура с низколегированной p-областью [10]. В качестве электродов в таких структурах используют высоколегированные полупроводники (области с высокой концентрацией соответствующих примесей). Изменение потенциала происходит, в основном, в низколегированной p области, по всей глубине которой возникает электрическое поле. Для получения бо́льшей толщины чувствительной области необходимо добиваться минимальной концентрации некомпенсированных примесных атомов в низколегированной области.

а)

б)

в)

г)

Рис. 2.2.1 Упрощенная схема (а) и характеристики p-i-n перехода

с обратным смещением: б – распределение объёмного заряда,

в –напряженность электрического поля, г – потенциал.

n* и p* - области высоколегированных полупроводников n и p типа,

p – слаболегированная p область, обедненная носителями заряда.

В ППД с p-i-n переходом используют или особо чистый германий (ОЧГ) (детекторы из ОЧГ) или германий компенсированный посредством легирования литием (диффузионные или дрейфовые ППД).

ППД из ОЧГ могут храниться при комнатной температуре и должен охлаждаться только в процессе работы.

Диффузионные ППД должны работать и храниться при низкой температуре. Подвижность легирующих атомов лития в нем столь велика, что при комнатной температуре они диффундируют из компенсированной области и тем самым ухудшают её свойства (уменьшают удельное сопротивление).

Детекторы с p-i-n переходом изготавливают двух типов: плоские – планарные (объёмом 10 - 15 см³) и коаксиальные - цилиндрические с p* контактом в коаксиальном отверстии (объёмом до 100 см³).