Способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений Советский патент 1986 года по МПК G01T1/24 

Предлагаемое изобретение относит ся к области регистрации ионизирующего излучения полупроводниковыми детекторами,, а точнее к способам изготовления алмазных детекторов ио низирующих излучений. Известен способ отбора алмазов для простейших датчиков излучений, являющихся необработанным алмазом с контактами, в котором для изготов ления датчиков отбирают алмазы с по ниженным содержанием азота, далее изготавливается датчик, который испытывается в рабочем режиме. Недостатком способа является неоднозначность критериев и сильная поляризация датчиков. Известен алмазный детектор, пред ставляющий собой тонкую пластинку алмаза с нанесенными на ее плоские грани блокирующим и инжектирующим контактами. В способе для изготовл ния детекторов отбирают алмазы с пониженным содержанием азота. Отобранные алмазы дополнительно отбирают на основании измерения фотопроводимости в примесной области, т.е. в диапазоне длин волн 230-280 затем после резки дополнительно отбирают алмазные пластинки на осн вании измерения фотопроводимости в собственной области, т.е. 220225 нм. Недостатком способа являет ся сложность и неоднозначность кри териев, отбор камней еще не гарантирует пригодность камня для изготовления детекторов, что приводит сравнительно низкому выходу годных детекторов. Известен способ отбора алмазов для детекторов, при котором вначал отбираются алмазы: с пониженным содержанием азота, затем отбраковыва ются все алмазы, в которых имеется фотолюминесценция, далее на образц алмазов наносятся электроды и изме ряется стационарная рентгенопроводимость. Годными признают алмазы, которых рентгенопроводимость превы ет некоторое пороговое значение, Недостатком этого способа является то, что он также не обеспечив ет высокого процента выхода годных алмазных детекторов. Наиболее близким к предлагаемом является способ отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений, включающий облучение алмаза с элек родами в электрическом поле иониирующим излучением, в котором наяду с операцией измерения рентгенопроводимости включается оценка способности данного алмаза к поляризации при регистрации ионизирующего излучения. А именно, образец алмаза с электродами облучаютпоследовательностью импульсов рентгеновского излучения и оценивают не только превышение амплитудой импульса порогового значения, но и спад высоты импульса при регистрации последовательности импульсов. Недостатком способа является то, что он предназначен для изготовления детекторов, регистрирующих относительно мощные потоки излучений в аналоговом режиме, поэтому не может обеспечить отбор алмазов для детекторов частиц, т.е. приборов, регистрирующих отдельные частицы. Целью предлагаемого изобретения является Повьш ение выхода годных приборов за счет отбраковки непригодных алмазов до резки на пластины. Для достижения поставленной цели в способе отбора алмазов для детекторов ионизирующих излучений, включающем облучение алмаза с электродами в электрическом поле ионизирующим излучением, после облучения в электрическом поле образец алмаза нагревают и измеряют ток термостимулированной деполяризации, годными признают образцы алмаза, в которых величина пиков тока термостимулированной деполяризации с температурами максимумов в интервалах 400-400К и 460-500К меньше пороговой величины, а также скорость нагревания выбирают равной 0,1-1,0 К/с, напряженность электрического поля равной 0,22,0 кВ/см, а дозу - более ЗООр, при этом пороговое .значение выбирают равным (0,5-5,0) , а скорость нагревания выбирают равной 0,3±0,03 К/с, напряженность поля выбирают равной 500±50В/см, дозу выбирают равной 1000±ЗООР, пороговое значение для плотности тока ТСД принимают равным (1,0-2,0) IO A/см . В предлагаемом способе проводится выяснение наличия и оценка концентрации центров захвата по методу измерения токов термостимулированной деполяризации (ТСД). Дня этого на исходный камень алмаза наносят электроды, такие же как в известных сп собах, например из аквадага. Затем алмаз облучают ионизирующим излуче нием в электрическом поле, а после прекращения облучения и отключения электрического поля образец нагревают и измеряют ток деполяризации, регистрируя зависимость тока от тем пературы, например, на самописце. Затем вьщеляют области, связанные центрами захвата, ответственными за поляризацию, и оценивают их интенсивность. В связи с тем, что точное определение концентрации требует знания целого ряда параметров алма за, задавать пороговое значение в единицах концентрации затруднительно. Для работы более корректно указать высоту пиков ТСД, определенную при заданных условиях. Годными признают алмазы, у которых высота характерных пиков ТСД меньше порогово го значения, т.е. концентрация достаточна низка. Конкретное значение пороговой величины пиков ТСД определена на основании изучения корреляции электрофизических свойств алмазов со счетными характеристиками алмазных детекторов, изготовленньк из изученных камней алмазов. Поэтому для использования способа необходимо охарактеризовать условия проведения операций. Численное значение пороговой величины и температуры пиков ТСД .зависит от условий проведения экспе римента, от размеров образца и от концентрации центров захвата в изучаемом алмазе. Для исключения влияния размеров задается напряженность электрического поля в алмазе и плот ность тока ТСД. Условия проведения измерения следует выбрать один раз из указанных диапазонов и в дальней шем оставлять неизменными, тогда разделение алмазов будет зависеть от свойств алмаза. Нагревание следует проводить по линейному закону со скоростью, взятой из интервала 0,1-1 К/с, причем в процессе измерения скорость должн сохраняться постоянной с погрешностью не более 10%. При уменьшении скорости нагревания повьшается разрешающая способность, но возрастает время измерения. Так, при скорости менее 0,1 К/с, время на измерение 64 одной кривой ТСД превысит 45 мин. При нагревании со скоростью более 1,0 К/с время измерения составит менее 5 мин, но разрешение ухудшится настолько, что два характерных пика ТСД трудно будет различить между собой. Для практической реализации способа удобно использовать скорость нагревания 0,,03 К/с, так как разрешение вполне удовлетворительно, а время, затрачиваемое на снятие одной кривой, составляет примерно 15 мин, что сравнимо со временем подготовки образца к измерению. Поляризацию образца следует проводить в электрическом поле, напряженность 0,2-2,0 кВ/см. При напряженности более низкой, чем 0,2 кВ/см, высота пика становится сравнимой с шумами серийных электрометров, а при напряженности выше 2,0 кВ/см начинаются поверхностная утечка- и поверхностный пробой изоляторов измерительной ячейки. Удобно использовать напряженность 0,5±0,05 кВ/см (200 В на алмазе толщиной 4 мм). Доза облучения выбирается таким образом, чтобы высота пиков ТСД не зависела от дозы, т.е. она выбирается из области насыщения зависимости пиков ТСД от дозы. Экспериментально установлено, что при дозах вьш1е ЗООР участок насьш;ения заведомо достигается для большей части образцов. Существенное увеличение дозы сверх этого Значения не окажет заметного влияния на процесс измерения, но нецелесообразно с точки зрения техники безопасности. В большей части экспериментальных исследований было использовано значение дозы 1000 ± t300P. При указанных условиях измерения корреляция счетньЕх свойств детекторов обнаруживается с пиками ТСД, имеющими температуру максимумов при 400-440 К и 460-500 К, причем хорошие счетные характеристики наблюдаются у детекторов, изготовленных из алмазов, в которых лотности тока СД при указанных температурах не превышали (0,5-5,0). Если измерения проводить при более жестко ограниченных условиях, то диапазон изменения пороговой величины ТСД также сужается. Так, ри напряженности электрического

поля 500 В/см, скорости нагревания 0,3 К/с, дозе 1000 Р (погрешность указана вбппе), температуры максимумов лежат в интервалах 410-430 и 470-490К (разброс параметров определяется в основном разбросом характеристик образцов, а не погрешностью измерения). При этом порогов значение следует выбирать из интервала (1,0-2,0) . Крайние точки интервала определены на основании обработки экспериментальных результатов. Для детекторов пригодны алмазы с плотностью тока ТСД менее , не пригодны с плотностью тока более . Пригодность алмазов со значением ТСД, попадающим внутрь интервала, зависит от требований к детекторам.

Таким образом, основным существенным отличием предлагаемого способа является введение совокупности операций по измерению тока термостимулированной деполяризации и отбор алмазов, у которых величина ТСД меньше порогового значения. Дополнительными отличительными признаками являются условия проведения операций, перечисленные выше.

По сравнению с базовым способом изготовления алмазных детекторов предлагаемый способ позволяет получить более высокий выход годных детекторов за счет того, что непригодные алмазы выявляются до их рез;Ки на пластины и могут быть исполь|зованы для других целей. При этом также значительно сокращаются затраты времени, на изготовление детекторов путем устранения резки заведомо непригодных алмазов, эта

экономия времени значительно превышает затраты времени на аттестацию алмазного сырья.

1, СПОСОБ ОТБОРА АЛМАЗОВ ДЛЯ ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ, включающий облучение алмаза с электродами в электрическом поле ионизирующим излучением, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годньпс приборов, .после облучения в электрическом поле образец алмаза нагревают и измеряют ток термостимулированной деполяризации, годными признают образ-цы-алмаза, в которых величина пиков тока термостимулированной деполяризации с температурами максимумов в интервалах 400-440 К и 460-500 К меньше пороговой величины. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что скорость нагревания выбирают равной 0,1-1,0 К/с, напряженность электрического поля равной 0,2-2,0 кВ/см, а дозу - более 300 Р, при этом пороговое значение выбирают равным