CC BY
15
PHYSICO-MATHEMATICAL SCIENCES
THE INFLUENCE OF ULTRASONIC WAVES ON THE CHARACTERISTICS OF THE RADIATION DETECTOR Gaibov A.G.1, Mirkamilovа M.S.2, Vahobov K.I.3 (Republic of Uzbekistan) Email: [email protected]
1Gaibov Abdumalik Abdullayevich - Candidate of physical and mathematical Sciences, Associate Professor; 2Mirkamilova Marguba Sunatullaevna - Candidate of technical Sciences, Associate Professor; 3Vahobov Kutbiddin Iloviddinovich - Senior Lecturer, DEPARTMENT OF GENERAL PHYSICS, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY, TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the paper presents the results of a study of the field dependences of charge losses which allow us to identify single atoms and their clusters, which act as centers of capture of charge carriers. In electric fields E> 1470 V / cm, the capture processes are effectively reduced, which is manifested in the form of rectification of the field dependences of charge losses and in narrowing of spectral lines. Impacts - an ultrasonic field of intensity I * = 0.4 W / cm2 and frequency f = 15 MHz, acting on the samples for a time t <45 minutes, leads to an increase in the signal amplitude. It was found that ultrasonic exposure leads to a decrease in charge loss, drift time and an improvement in the energy resolution of detectors.
Keywords: ultrasound, solid state diffusion detector, the losses charge, the drift time, the local concentrations of impurity atoms.
ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕТЕКТОРА ИЗЛУЧЕНИЯ
1 2 3
Гаибов А.Г. , Миркомилова М.С. , Вахобов К.И. (Республика Узбекистан)
1 Гаибов Абдумалик Гайбуллаевич - кандидат физико-математических наук, доцент; 2Миркомилова Маргуба Сунатуллаевна - кандидат технических наук, доцент; 3Вахобов Кутбиддин Иловиддинович - старший преподаватель, кафедра общей физики, Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в работе приведены результаты исследования полевых зависимостей потерь заряда, которые позволяют идентифицировать одиночные атомы и их скопления, выступающие в роли центров захвата носителей заряда. В электрических полях Е > 1470 V/cm происходит эффективное уменьшение процессов захвата, что проявляется в виде спрямлений полевых зависимостей потерь заряда и в сужении спектральных линий. Воздействия - ультразвуковое поле интенсивностью I* = 0,4 W/cm2 и частотой f = 15 MHz, воздействуя на образцы в течение t < 45 минут, приводит к росту амплитуды сигнала. Установлено, что ультразвуковое воздействие приводит к уменьшению потери заряда, времени дрейфа и улучшению энергетического разрешения детекторов. Ключевые слова: ультразвук, полупроводниковый диффузионный детектор, потерь заряда, время дрейфа, локальных скоплений примесных атомов.
В работе, используя метод анализа полевых зависимостей потерь заряда Х(1/Е), рассмотрено влияние электрических и ультразвуковых полей на эти характеристики. Для
анализа экспериментальных данных выбран круг типичных примеров, характерных для данного класса полупроводниковых диффузионных приемников излучения.
В общей сложности было исследовано 25 диффузионных Si-n-p-детекторов излучения. Ранее подобные исследования проводились детально для Si(Li)-p-i-n-детекторов [1], где показано, что на энергетическое разрешение существенное влияние оказывают неоднородности удельного сопротивления кремния. Поскольку процесса компенсации неоднородности при изготовлении ПДД (полупроводниковый диффузионный детектор) - Si-n-p-детекторов не существует, то здесь не возникает эффекта саморегулирования системы (чувствительной области), как в случае дрейфа ионов лития, являющихся весьма подвижными элементами системы. Поэтому потенциальный рельеф концентрации основной легирующей примеси сохраняется. Это приводит к флуктуациям времени жизни носителей и в случае образования локальных скоплений примесных атомов приводит к сильной неоднородности электрического поля в данном микрообъеме чувствительной области приемника излучения (в данном случае ПДД-детектор).
При анализе потерь заряда в выражение для X входит величина "т", а для выражения дрейфовой скорости V величина Vs . Более точно выражение для X получено в работе [2]:
X = d/6Vт
Авторами делается вывод, что при исследовании X = /(Е) необходимо учитывать полевую зависимость потерь заряда.
Действительно, для т(Е) ожидаемая зависимость для величин Е > Е (Е^электрическое поле, при котором наблюдается насыщение дрейфовой скорости) должна иметь вид: X=d/6Vs[(1+Vs/цЕo)/To[1+a(Е-Еs][~(1+Vs/ЦoЕ)/[1+a(Е-Еs)]
Следовательно, анализ зависимости Х(1/Е) позволяет нам определить, какие физические механизмы ответственны за изменение потерь заряда (амплитуды сигнала) в определенных областях напряжённостей электрических полей Е.
Полученные нами экспериментальные зависимости Х(1/Е) свидетельствуют о неоднородности потенциального рельефа (Рис. 1) чувствительной области детектора.
Во-первых, наблюдается отчетливое отклонение от линейности, проявляющееся в виде ступеней в определенных интервалах напряженностей электрических полей вплоть до Е и 1,5 к^ст. Разрешаются три ступени: первая ступень - интервал Е] и (0,384 -г- 0,500) к^ст; вторая ступень - интервал Е2 и(0,500 -г- 0,714) к^ст и третья ступень - интервал Е3и(0,714 -г-1,470) кУ/ст.
Во-вторых, при наблюдаемых значениях напряженности электрического поля Е4 > 1,470 к^ст происходит резкое уменьшение потерь заряда X. Данный участок зависимости Х(1/Е) имеет линейный вид, что совпадает с теоретическими выводами об увеличении времени жизни с ростом напряженности электрических полей, при которых дрейфовая скорость выходит на насыщение.
Важным моментом является изменение полевых зависимостей потерь заряда X(1/Е) после облучения ПДД^ьп-р-детектора ультразвуковыми волнами с частотой f = 15МИ и интенсивностью 1*=0,4"^ст2 в течение времени 1 = 45 минут.
На рисунке 1 (кривая 2) можно отчетливо наблюдать сглаживание «ступеней» зависимости X(1/Е), характеризующих отдельные микрообъемы чувствительной области детектора, где ранее происходил сильный захват неравновесных носителей заряда (рис. 1, кривая 1).
Рис. 1. Полевые зависимости потерь заряда Si-n-р-детектора до (кривая 1) и после облучения ультразвуковыми волнами интенсивностью I = =0.4Ш/см2, f = 15МНх в течение t = 45min (кривая 2).
Т = 290К
Время нарастания зарядовых импульсов (равное времени дрейфа tap. носителей через чувствительную область до контакта) уменьшилось довольно существенно с величины tv = а1/Удр.= 0,0271-10"4cm/5-106cm/s = 542ns до величины t1^ а/Удр= 0,0257-10"4cm/5-106 cm/s = 515,2ns. Значение Удр равное 5-106cm выбрано для областей электрических полей Е < Es, то есть где не наблюдается разогрев неравновесных носителей заряда в сильных электрических полях [3, 4]. В представленном ЦДД-81-п-р-детекторе потери заряда в основном связаны с локальными скоплениями примесных атомов, о чем свидетельствует наличие «ступеней» на зависимости Х(1/Е) рис. 1. Эти потери в общем случае определяются размером и концентрацией таких скоплений и не зависят от величины дрейфовой скорости носителей Удр.
Таким образом, наблюдаемое уменьшение потерь заряда (сглаживание «ступеней»), уменьшение времени дрейфа и улучшение энергетического разрешения позволяет сделать следующие выводы, что под воздействием ультразвукового поля:
1. Цроизошло изменение размеров и концентрации, локальных неоднородностей в чувствительной области ПДД-81-п-р-детектора;
2. Увеличение подвижности носителей заряда (из-за эффекта сглаживания потенциального рельефа);
3. Увеличение времени жизни носителей т во всем интервале исследуемых электрических полей (эффект уменьшения концентрации электрически активных центров захвата и уменьшения геометрических размеров таких крупномасштабных ловушек, обусловленных существованием локальных скоплений примесных атомов).
Список литературы /References
1. Муминов Р.А. и др. Атомная энергия, 1984. Т. 57. В. 3. Стр. 207.
2. Еремин В.К., Строкан Н.Б., Даненгирш С.С. О природе крупномасштабных ловушек в особо чистом германии //ФТП, 1977. Т. 11. В. 6. С. 1191-1193.
3. Заверюхина Н.Н., Вахобов К.И., Гаибов А.Г. Акустостимулированная диффузия золота в Au-Si-n-p структурах. // Доклады AH РУз, 2005. № 6. C. 20-23.
4. Заверюхина Н.Н., Заверюхина Е.Б., Власов С.И., Заверюхин Б.Н. Акустостимулированное изменение плотности и энергетического спектра поверхностных состояний в монокристаллах р-кремния. Письма в Журнал технической физики, 2008. 34. № 6. С. 36-42.
