Способ измерения толщины чувствительной области полупроводникового кремниевого детектора Советский патент 1996 года по МПК G01B15/02 

(21) 4049145/28(22) 04.04.86

(46) 10.06.96 Бюл. № 16 (72) Игнатьев Г.Н., Ильина С.В., Насыров Ф., Шишенин Е.И.

(56)1. Ильясов А.З., Мазитов Б.С. Метод измерения толщины чувствительного слоя полупроводниковых детекторов. ПТЭ, N 2, 1974. 2. Горнов М.Г., Гуров Ю.Б. и др. Определение толщины структурных слоев полупроводниковых детекторов с помощью заряженных частиц. ПТЭ, N 6, 1983, с.42-45. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРЕМНИЕВОГО ДЕТЕКТОРА

(57)Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регистрации

ионизирующих излучений при определении параметров чувствительной области кремниевых полупроводниковых детекторов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем использования заряженных частиц, образуюпщхся в самой чувствительной области детектора. Образованный в детекторе 1 заряд от прохождения нейтронного из учения после усиления в усилителях 2 и 3 подается на амплитудный анализатор 5, в котором анализируется суммарное число

ел

d

отсчетов в пике Оо реакции

Si(n,Si(n,

i52J

Со) Mg,) Mg, по числу которых оцениваы

и

о

00

i

ются параметры детектора 1.3 ил.

чувствительной области

ТГ

ОС

о

го

г

го

-ь

т ,л

р

I/)

Фг/г./

29„., ,29,, Si(n,) Al;

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регастрации ионизирующих излучений при определении параметров чувствительной области кремниевых полупроводниковых детекторов.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем использования заряженных частиц, образующихся в самой чувствительной области детектора.

На фиг. 1 приведена блок-схема реализации способа; на фиг. 2 - энергетический спектр образовавшихся частиц при энергии нейтронов Е„ 14, МэВ; на фиг. 3 - градуировочный график.

Способ осуществляется следующим образом. Кремниевые детекторы (ПОД) 1 облучаются нейтронами, полученными по реакции Т (D, п) Не. Под действием нейтронов в кремнии идут реакции с образованием заряженных частиц (протонов иальфа-частиц):

2а.,ч28

Si(п, р) А1

28„. ,.25,,,

S1 (. П, а) Mg

29„. ,, 26,. 30. ,, . Sl(n,a) Mg; Sl(n,p)Al;

Образовавшиеся заряженные частицы имеют различную энершю, определяемую энергетическим порогом реакции и уровнем возбуждения ядра продукта реакции. Энергия заряженных частиц расходуется на образование электронно-дырочных пар. Суммарный заряд, созданный каждой отдельной частицей, пропорционален энергии, потерянной в чувствительной области детектора.

Образованный в ППД 1 заряд усшива- ется с помощью зарядочувствительного пред- усилителя 2, основного усилителя 3 и посте экспандера 4 подается на вход амплитудного анализатора 5. Таким образом, снимается зависимость распределения импульсов по величине заряда или, иными словами, распределение по энергиям заряженных частиц (см. фиг. 2) - число отсчетов в канале в зависимости от номера канала анализатора. Каждой реакции на кремнии с образованием заряженных частиц отвечает свой пик в энергетическом распределении. ППД 1 получает питание от источника 6.

Измерение параметров чувствительной области и калибровка ведется по суммарному числу отсчетов в пике с., отвечающем

реакции Si(n,cr ), где ядро Mg образуется в основном состоянии. Калибровка осуществлялась с помощью кремниевых детекторов с известными размерами чувствительной области: диаметр и толщина. Например, набор кремниевых детекторов с толщиной 1ОО, 200, 300, 400, 500, 600, 800

мкм облучаются флюенсом нейтронов с энергией Е , для каждого детектора регастрируется спектр заряженных частиц (фиг. 2), определяется значение 2а, свойственное реакции Si(n,c)Mg, для каждого

детектора определяется величина Za

X 1

ФЯ

где

Ф - флюенс (D, t) нейтронов за время облучения, пропорциональный числу отсчетов монитора, нейтр/см ;

S - площадь чувствительной области,

мм .

Если при калибровке и измерениях используется один и тот же источник нейтронов, то более удобным является определение суммарного числа отсчетов в пике с:- о2сГт за один отсчет монитора источника, что дополнительно упрощает измерения и не требует проведения специ- альной-градуировки нейтронного источника по флюенсу. По полученным значениям X и известным для каждого детектора значению W строится градуировочный график X f (W) (фиг. 3), который используется в дальнейщем для всех измеряемых детекторов. Измеряемый кремниевый детектор облучается флюенсом нейтрон в с той же энергией. Регистрируется число отсчетов импульсов а. Определяют значение 2с. р,

характерное реакции Si(n,c:)Mg., и по

Еа

X °

формуле определяют величину X.

Значение S берут из паспортных данных на НПД 1. По известному X и градуировочному графику определяют толщину W чувствительной области детектора. Таким образом, под воздействием флюенса нейтронов определенной энергии возникают заряженные частицы, в энергетическом спектре которых наиболее представительным и легко интерпретируемым является пик с. . отвечающий

i

с-частицам реакции (n,c: )Mg, где ядро образуется в основном состоянии. Энергетический порог реакции Е,„,,652 МэВ, а максимальная энергия с-частиц равна Е 12 МэВ.

Используя способ, можно определить и объем чувствительной области. Например, для ППД 1 с W 250 мкм определяется

объем чувствительной области V по формуле S(x

V -

ФСК где

Ха -суммарное число отсчетов в пике а-,,; Ф - флюенс нейтронов за время облучения, нейтр/см ;

ц- утечка а -частиц из пнка а для данной толщины чувствительной области W, определенная либо расчетом, либо калибровкой с детекторами известного объема; K const - постоянный коэффициент, равный полному числу реакций Si(n,a,,) Mg на 1 нейтр/см в 1 мм объема чувствительной области кремниевого ППД 1. Экспериментально измеренное значение равно для Е„ 14,6 МэВ, К 6.4«10 в пике а„ нейтр/см мм .

Способ обеспечивает более высокую очность измерения вследствие того, что

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ измерения толщины чувствительной области полупроводникового кремниевого детектора, заключающийся в том, что поток ионизирующего излучения направляют на калибровочные и измеряемый детекторы, регистрируют это излучение и определяют толщину чувствительной области измеряемого детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, облучение производят моноэнергетическими нейтронами с энергией , где Е,-,р - энергетический порог реакции Si(n, a) Mg, регистрируют линейчатый энергетический спектр импульсов от заряженны.х частиц, образовавшихся в чувствительной области детектора, выделяют пик энергетического

Заказ 6п

ВНИИПИ, Per. ЛР № 040720 113834, ГСП, Москва, Раушская наб., 4/5

измерения ведутся по счету i.:- частиц, образовавшихся в чувствительной области детектора - это снижает требования к регистрирующей аппаратуре, повышает точность измерений и позволяет пользоваться одной и той же градуировочной кривой для детекторов разных модификаций. Использование нейтронного излучения, обладающего большой проникающей способностью, позволяет проводить измерения детекторов в корпусе.

спектра этих частиц, отвечающий реакции SKn, cr,j), возникающей в чувствительной области детектора, строят для калибровочных детекторов градуировочную кривую зависимости удельного счета а,-, от толщины чувствительной области детектора

W ; W

Ф-S

где Ф - флюенс нейтронов;

S - паспортное значение площади чувствительной области детектора, и по этой кривой определяют толщину чувствительной области измеряемого детектора.

iOa 200 300 400 ,520 ЫО 100 800

.3

Подписное