Электрическая модель работы полупроводникового детектора с p-i-n структурой при регистрации ионизирующего излучения
Введение
Полупроводниковые детекторы ядерного излучения появились в шестидесятых годах. Это открытие дало особый толчок в развитии экспериментальной ядерной физики. На сегодняшний день среди устройств, которые регистрируют излучение, детекторы занимают лидирующие позиции. Детектором можно назвать твердотельные аналогами ионизационных камер. Выделяющимся плюсом относительно других детекторов является высокое энергетическое разрешение.
На рис.1 показан результат измерения спектра гамма-излучения сцинтилляционным детектором и полупроводниковым.
Содержание
Введение………………………………………………………...4
2. Принцип действия полупроводникового детектора с p-i-n структурой………………………………………………………......7
3. Типы полупроводниковых детекторов c p-i-n структурой.....9
4. Форма импульсов в полупроводниковых детекторах p-i-n типа…………………………………………………………………14
5.Эквивалентные электрические схемы полупроводникового детектора…………………………………………………………...17
6. Смоделированная эквивалентная электрическая схема полупроводникового детектора…………………………………..20
7. Расчетные параметры детектора..................................................21
7.1 Детектор ДКДПс-25................................................................23
8. Результаты моделирования..........................................................24
8.1 Детектор ДКДПс-25................................................................24
9. Заключение....................................................................................26
10. Список литературы......................................................................27
Приложение А...........................................................................................................29
Список литературы
Акимов Ю.К. и др. Полупроводниковые детекторы ядерных частиц и их применение. – Атомиздат, Москва, 1967. – 255 с.
Акимов Ю.К. Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике. – Атомиздат, Москва, 1989. – 345 с.
Бараночников М. Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 640 с.
Болоздыня А.И., Ободовский И.М. Детекторы ионизирующих частиц и излучений. Принципы и применения. Долгопрудный: Изд. Дом Интеллект, 2012. – 204 с.
Гаврилов Л.Е. Основы ядерной электроники. Ч.1: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 164 с.
Григорьев В.А., Колюбин А.А., Логинов В.А. Под ред. Григорьева В.А. Электронные методы ядерно-физического эксперимента: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат. 1988. – 336с.
Деменков В. Г., Деменков П. В. Начала электронных методов ядерной физики: Учебное пособие. – СПб.: Изд. «Лань», 2016. – 384 с.
Ковальский Е. Ядерная электроника. Пер. с англ. Под ред. Штраниха И.В. М., Атомиздат, 1972. – 360 с.
Цитович А.П. Ядерная электроника: Учеб. Пособие для вузов. – М.:Энергоатомиздат, 1984. – 408 с.
Акимов Ю.К. и др. Быстродействующая электроника для регистрации ядерных частиц. – М.: Атомиздат, 1970. – 416 с.
Шмитд Х. Измерительная электроника в ядерной физике: Пер. с нем.М.: Мир, 1989. – 188 с.
12. Виноградов Л.И. Изучение спектров альфа-частиц с помощью полупроводникового спектрометра: учебно-методическое пособие. – СПб.: Изд. «Лань», 2018. – 37 с.
13.Рывкин С.М., Матвеев О.А., Строкан Н.Б. Полупроводниковые счетчики ядерных частиц. – Л.: Об-во «Знание», 1964. – 40 с.
Дирнли Д., Нортроп Д. Полупроводниковые счетчики ядерных излучений. – М.: Мир, 1966. – 359 с.Калашникова В.И., Козодаев М.С. Детекторы элементарных частиц.М.: Наука, 1966. – 241 с.
Для регистрации электронов, протонов, альфа-частиц, тяжёлых ионов, гамма-квантов широко применяются детекторы на основе кремния. Как правило, используются детекторы с несимметричным p-n переходом. При изготовлении детекторов для регистрации заряженных частиц используется высокоомный кремний. Могут использоваться заготовки кремния как n, так и p типа. Как видно из формул, чем меньше концентрация основных носителей в заготовке, тем больше толщина обедненной области. Толщины детекторов для заряженных частиц, как правило, не превышают 10 миллиметров. Для выяснения работы детектора необходимо понять некоторые основные положения теории переноса заряда в полупроводниках. Как известно, в изолированном атоме любого вещества электроны находятся на определенных энергетических уровнях. В твердом теле атомы находятся на близких расстояниях друг от друга. Энергетические уровни для каждого изолированного атома расщепляются на N близко расположенных подуровней, так как на движение каждого электрона влияют электрические поля соседних атомов.Такая совокупность близко расположенных энергетических уровней образует зону. При расщеплении валентных уровней соответствующая им зона называется валентной. Электроны с энергией, соответствующей такой зоне, принадлежат всему кристаллу в целом, а не отдельному атому. Следующая зона, в которой электроны еще менее чем в валентной зоне связаны с атомами кристалла, называется зоной проводимости. Схема расположения этих зон показана на рис.2.