Способ контроля качества алмазных детекторов ядерных излучений (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H01L21/02 

Итобретеняе относится к технологи изготовления полупроводниковых дете тороп ядерных излучений, в частности к способам изготовления и контроля качества алмазных детекторов ядерных излучений, Известен способ изготовления алмазных детекторов, представляющий собой алмазную кристаллическую плас тинку с контактами на противоположных сторонах. Известный способ не предусматривает контроль качества детектора в ходе его изготовления. Ближайшим к предлагаемому по тех нической сущности является способ из готовления алмазных детекторов ядерных излучений, включающий создание на основе алмазной пластины детектирующей структуры с инжектирующим и запорным контактами. Для определения качества и пригодности к использованию изготовленного по этому способу детектора на него подают напряжение и облучают ионизирующим излучением например альфа-бета-частицами. Регистрируют скорость счета частиц в течение длительного времени. Годными признают детекторы, в которых скорость счета остается постоянной во времени,.а выбраковывают детекторы, в которых скорость счета со временем уменьшается из-за образования поляризационного заряда. Известно, что в некоторых случаях необходимо про водить регистрацию скорости счета в течение нескольких часов. Основным недостатком известного способа является необходимость проведения наблюдения скорости счета в течение длительного времени. Этот недостаток существенньш, так как од ним из основных параметров, характеризующих качество детектора, явля ется стабильность его счетных характеристик во времени. Целью изобретения является сокра щение времени контроля качества алмазных детекторов ядерных излучений Цель достигается тем, что при известном способе контроля качества алмазных детекторов ядерных излучений включающем облучение детектора ионизирующим излучением, например альфа- или бета- частицами, дополни тельно перед облучением детектор выдерживают в электрическом поле, затем после снятия поля его облучаю и годность определяют по снятому с 9 него сигналу с амп.пггудо, превышающей или совпадающей с пороговым значением, имеющему ту же полярность, что и при регистрации излучения детектором в электрическом поле, а также тем, что пороговое значение выбирают величиной 20-40% от амплитуды сигнала при регистрации того же излучения тем же детектором. Как один из вариантов облучения детектора производят одновременно с выдерживанием его в электрическом поле, затем электрическое поле убирают, наблюдают изменение сигнала, снимаемого с детектора во времени и годность определяют по сигналу, имеющему ту же полярность, что и при регистра1ши излучения детектором в электрическом поле. Основным отличием предлагаемого способа контроля качества детекторов является регистрация сигнала с детектора без напряжения на детекторе после предварительной выдержки в электрическом поле (с облучением или без облучения), дополнительными признаками качественные и количественные характеристики регистрируемого сигнала. На основе проведения экспериментальных исследований алмазных детекторов установлено, что для всех работоспособных детекторов общим свойством является способность считать частицы или регистрировать другие ионизирующие излучения после выдерживания алмазного детектора в электрическом поле. Причем полярность сигнала при этом совпадает с полярностью прямого сигнала с датчика при обычном включении детекторов. Предлагаемый способ контроля качества может быть реализован в двух вариантах, позволяющих получить примерно одинаковый положительный эффект. По первому варианту способ контроля включает в себя следующие операции: алмазный детектор подключают к источнику напряжения, вьщерживают в в электрическом поле, электрическое поле убирают, затем детектор, подключенньгй к обычной регистрирующей системе, но без напряжения, облучают ионизирующим излучением, например альфа-частицами, и наблюдают сигнал с детектора. Если с детектора снимается сигнал выше некоторого 3 т1орогч)В(.ч ( ;и1пчения, то детектор приэнают содным. Ксли же нет сигнала или сигиал имеет амплитуду ниже порогового значения, то детектор выбраковывают. Пороговое значение зависит от технических условий на детекторы и может отличаться н опре деленных пределах, например, для счетных и спектрометрических детекторов. Экспериментально установленнее пороговое значение для работоспособных счетных детекторов состав ляет 20-40% от амплитуды сигнала пр обычной регистрации того же излучения тем же детектором, но при нормальном электрическом напряжении на контактах. По второму варианту способ контроля включает в себя следующие операции: алмазный детектор подключают к источнику электрического напряжения и одновременно облучают ионизирующим излучением, затем облучение прекращают, электрическое поле убирают, а после затухания переходных процессов в регистрирующей системе вновь облучают ионизирующим излучением, например, альфа-частицами, сигнал с детектора регистрируют. Год ными признают детекторы, у которых процессе разрушения объемного заряд импульсы сохраняют ту же полярность что и при обычной регистрации частиц в электрическом поле. Отбраковывают детекторы, у которых в процессе счет импульсы изменяют свою полярность на обратную по отношению к сигналу при обычной регистрации ионизирующего из лучения детектором в электрическом Наличие сигнала детектора без внешнего питающего напряжения связано с тем, что при выдерживании в электрическом поле из контакта в полупроводник инжектируются неравновесные носители, которые захватывают ся на ловушки вблизи электрода, образуя гомозаряд, полярность которого совпадает с полярностью электрода. При облучении детектора в электрическом поле образуется гетерозаряд, связанный с тем, что неравновесные носители заряда, подойдя к электроду не могут быть выведены из образца и захватываются на ловушки. При этом знак гетерозаряда противоположен зна ку напряжения на электроде.Напряжен гетерозаряда вы- итается из внешнего 94 напряжения и оПуслонливает (-плд скорости регистрации час:тиц. В poaJibtioM детекторе гомозаряд компенсирует гетерозаряд и устраняет поляризацию. При испытании детектора по первому варианту фиксируется существование гомозаряда по наличию импульсов той же полярности, что и у обычного сигнала (так как знак гомозаряда совпадает со знаком внешнего напряжения) а по высоте импульсов судят о величине гомозаряда. Таким образом, в данном способе учитывается наличие гомозаряда и его величина. При испытании гомозаряда по второму способу фиксируется наличие гомозаряда и проводится сравнение гомозаряда и гетерозаряда. Если в процессе регистра1у1и и разрушения объемного заряда под действием облучения ионизируюр им облучением без поля сигнал все время сохраняет одну полярность, совпадающую с полярностью сигнала при обычной регистрации, то можно сделать вывод о том, что гомозаряд превыщает гетерозаряд. Эти детекторы признаются годными. Если же в процессе регистрации сигнал изменяет знак на обратный, то в этом случае гетерозаряд превьпиает гомозаряд, этот детектор будет поляризоваться. Эти приборы признают негодными к регистрации частиц и отбраковывают. Таким образом, во втором варианте учитывается наличие гомозаряда и производится его сравнение с гетерозарядом. Время выдержки в электрическом поле выбирают .из диапазона 5-100 с. Оно зависит от формирования гомозаряда в первом варианте и от формирования гетерозаряда во втором варианте. В первом варианте время зависит от напряжения на детекторе и будет определяться параметрами испытуемых детекторов. Если время выдержки меньше 5 с, то гомозаряд не успевает сформироваться. После его формирования дальнейшая выдержка не оказывает существенного влияния на гомозаряд, поэтому увеличение времени сверх 100 с не окаэьшает влияния на исход проверки. Оптимальньпч временем выдержки можно считать более узкий диапазон 30-60 с. При этом времени для типичных номинальных напряжений питания детекторов формирование гомозаряда полностью заверша5

(ггся, Во втором варианте время формирор ания гомочаряда существенно зависит от интенсинности источника излучения. Лля достижения максимально возможного значения гомозаряда необходимо выдержать заданную дозу облучения. Это время может быть сокращено при использовании более мощных источников до времени формирования гомозаряда.

Пример 1. Для регистрации способа используют известные устройства: предусилитедь, линейный усилитель, пересчетный прибор или осциллограф, источник питания детектоpa, источник- ионизирующего излучения, например радиоактивный изотоп. На детектор подают напряжение, например 500 Б, выдерживают 30 с, затем напряжение с детектора убирают. После этого детектор облучают ионизируюнщм излучением, например альфачастицами и наблюдают сигнал с детектора. Если сигнал имеет ту же полярность, что и при обычной регистрации, а высота импульса превьшает 20% от высоты импульсов, регистрируемых тем же детектором с приложенным напряжением, то детектор признается годным. Если же импульсы отсутствуют или меньше по амплитуде, чем 20% от высоты импульсов при обычной регистрации, то детектор отбраковьшают.

396

И р и м е р 2. Используют те же приборы, что и в примере 1 . На детектор подают напряжение и облучают его альфа-частицами в течение 60 с. Затем источник альфа частиц убирают напряжение питания детектора выключают, выжидают, пока затухнут переходные процессы в регистрирующей системе. После этого вновь детектор облучают альфа-частицами и наблюдают, как импульсы изменяются во времени. Если импульсы постепенно убывают по амплитуде, но сохраняют полярность такую же,как при обычной регистрации частиц, в поле, то детектор признают годным. ЕСЛИ же вначале наблюдается импульс положительной полярности, совпадающей с полярностью нормального сигнала, но затем полярность изменяется на противоположную и далее импульсы спадают по высоте, сохраняя обратную полярность, то детектор отбраковывают.

Как показала опытная проверка способов оба варианта позволяют отобрать годные детекторы и отбраковывать не годные. В обоих вариантах затраты времени примерно одинаковы и составляют примерно 1-2 мин. Это значительно меньше, так как при обычной проверке проверяют стабильность скорости счета в течение нескольких десятков минут.

1. Способ контроля качества алмазных детекторов ядерных излучений, включающий облучение детектора ионизирующим излучением, например альфа- или бета- частицами, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени контроля, дополнительно передоблучением детектор выдерживают в электрическом поле, затем после снятия поля его облучают и годность определяют по снятому с него сигналу с амплитудой, превышающей или совпадающей с пороговым значением, имею1цему ту же полярность, что и при регистрации излучения детектором в электрическом поле. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что пороговое значение выбирают величиной 20-40% от амплитуды сигнала при регистрации того же излучения тем же детектором в электрическом поле. 3.Способ контроотя качества алмазных детекторов ядерных излучений, включающий облучение детектора иони зирующим излучением, например альфаили бета- частицами, отличающийся тем, что, с целью сокраще- S ния времени контроля, облучение де(Л тектора производят одновременно с выдерживанием его в электрическом поле, затем электрическое поле убирают, наблюдают изменение сигнала, сни-S маемого с детектора во времени, и годность определяют по сигналу, имеющему ту же полярность, что и при Оо регистрации излучения детектором в 05 электрическом поле. ot 00 со