CZ201582A3 - Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření - Google Patents

Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření Download PDF

Info

Publication number
CZ201582A3
CZ201582A3 CZ2015-82A CZ201582A CZ201582A3 CZ 201582 A3 CZ201582 A3 CZ 201582A3 CZ 201582 A CZ201582 A CZ 201582A CZ 201582 A3 CZ201582 A3 CZ 201582A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
substrate
scintillation detector
sub
Prior art date
Application number
CZ2015-82A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ306026B6 (cs
Inventor
Alice Hospodková
Karel BlaĹľek
Eduard Hulicius
Jan Touš
Martin Nikl
Original Assignee
Crytur, Spol.S R.O.
Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Crytur, Spol.S R.O., Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. filed Critical Crytur, Spol.S R.O.
Priority to CZ2015-82A priority Critical patent/CZ201582A3/cs
Priority to PCT/CZ2016/000012 priority patent/WO2016127959A1/en
Priority to JP2017538244A priority patent/JP6381815B2/ja
Priority to EP16712190.4A priority patent/EP3256882B1/en
Priority to KR1020177022632A priority patent/KR101972484B1/ko
Priority to US15/541,476 priority patent/US10067246B2/en
Priority to CN201680009348.4A priority patent/CN107209277B/zh
Publication of CZ306026B6 publication Critical patent/CZ306026B6/cs
Publication of CZ201582A3 publication Critical patent/CZ201582A3/cs
Priority to IL253156A priority patent/IL253156B/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G01T1/164—Scintigraphy
    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1644—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using an array of optically separate scintillation elements permitting direct location of scintillations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/202—Measuring radiation intensity with scintillation detectors the detector being a crystal
    • G01T1/2023—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/025—Detectors specially adapted to particle spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2443—Scintillation detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Conversion Of X-Rays Into Visible Images (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového, zahrnující monokrystalický substrát alespoň jednu podkladovou vrstvu (2) alespoň jednu nitridovou polovodičovou vrstvu (3, 4, 5, 6) nanesenou na substrát (1) pomocí epitaxe, která je popsána obecným vzorcem Al.sub.y.n.In.sub.x.n.Ga.sub.1-x-y .n.N, kde platí 0 < x < 1 a 0 < y < 1, přičemž jsou alespoň dvě nitridové polovodičové vrstvy (3, 4) uspořádány do vrstvené heterostruktury, jejíž struktura obsahuje alespoň jednu potenciálovou jámu pro zářivé rekombinace elektronů a děr. Ve struktuře je uspořádána alespoň jedna aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (3, 4) s v podstatě stejnou polarizací složená z bariérové vrstvy (4) typu Al.sub.yb.n.In.sub.xb.n.Ga.sub.1-xb-yb .n.N a z vrstvy (5) typu Al.sub.yw.n.In.sub.xw.n.Ga.sub.1-xw-yw .n.N představující potenciálovou jámu, kde platí xb .<=. xw a yb .<=. yw, nebo je do alespoň jedné aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (4, 5) vložena alespoň jedna vrstva (7) typu Al.sub.yd.n.In.sub.xd.n.Ga.sub.1-xd-yd .n.N o tloušťce (t.sub.3.n.) menší než 2 nm, ve které platí yd .<=. yw a xd .>=. xw + 0,3, pro vytvoření inverzní potenciálové bariéry uvnitř s ní sousedící vrstvy (5) představující potenciálovou jámu pro zmenšení doby luminiscenčního dosvitu.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká polovodičových monokrystalických scintilačních detektorů s nitridovou hetero strukturou určených pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového.
Dosavadní stav techniky
Je známo, že polovodiče se širokým zakázaným pásem např. GaN nebo ZnO jsou vhodné pro použití v detektorech ionizujícího záření. Materiály tohoto typu vykazují krátkou dobu dosvitu excitované luminiscence v řádu 1 ns a jsou radiačně odolné. Výhodou GaN je možnost jeho přípravy ve vyšší krystalografické kvalitě v podobě homogenních epitaxních vrstev nanesených na velkých plochách monokrystalických substrátů až v několika odlišných vrstvách nad sebou, což vede k vytvoření heterostruktur. Tyto heterostruktury vykazují nízké nezářivé ztráty a úzké luminiscenční maximum.
Z patentového dokumentu označeného US 7 053 375 B2 je znám polovodičový scintilátor pro excitaci ionizujícím zářením ve formě polovodiče tvořeného sloučeninou prvků III. skupiny periodické tabulky ve sloučenině s dusíkem. Tato polovodičová sloučenina je strukturována do vrstvy zformované na obecně popsaném substrátu. Dále může být mezi polovodičovou vrstvou a substrátem mezivrstva pro vyhlazení/zlepšení polovodičové struktury, tzv. podkladová vrstva. Různé sloučeniny dusíku s prvkem III. skupiny a jejich slitiny mohou být použity v odlišných vrstvách nanesených nad sebou a vytvářet heterostruktury.
V dalším známém patentovém dokumentu US 8 164 069 B2 je popsán fluorescenční prostředek reagující na dopad elektronů světelnou emisí, luminiscencí. Fluorescenční prostředek zahrnuje nosný monokrystalický substrát, nitridovou polovodičovou sendvičovou strukturu, ve které se střídají vrstvy bariérové s vrstvami reprezentujícími potenciálové jámy. Polovodičové vrstvy vytvářejí heterostrukturu, která je uspořádána na povrchu jedné strany substrátu. Potenciálové jámy jsou preferenčně tvořeny slitinovým polovodičem InxGa|.xN.
Nevýhodou výše uvedených patentových dokumentů je, že neuvažují vliv silného polarizačního elektrického pole, které vzniká na rozhraní nitridových vrstev různého složení (viz obr. 1) a které snižuje intenzitu luminiscence a prodlužuje dobu dosvitu scintilátoru, tzn., že scintilátor má pomalou odezvu na dopadající ionizující záření. Další nevýhodou výše uvedených řešení spočívá v tom, že při dopadu ionizujícího záření je relativně velké množství energie spotřebováno na nezářivou rekombinaci elektronů a děr v polovodičovém materiálu. Přítomnost kvantových jam tento podíl vylepšuje, avšak výsledný poměr spotřebované energie na zářivou a nezářivou rekombinaci stále není dostačující. Dosažení vyššího počtu potenciálových jam v polovodičové vrstvě, které by vylepšily výsledný poměr rekombinačních energií, brání zvýšené pnutí ve struktuře při rostoucím počtu InxGai.xN jam, způsobené odlišnou mřížkovou konstantou InxGa|.xN. Při překročení kritického pnutí ve struktuře dochází ke vzniku dislokací a nežádoucímu zvýšení nezářivé rekombinace ve struktuře.
Úkolem vynálezu je vytvoření monokrystalického nitridového scintilačního detektoru pro detekci ionizujícího záření, který by odstraňoval nedostatky známých řešení, tj. který by odstranil nežádoucí vliv piezoelektrického pole a snížil pnutí ve struktuře, čímž by byl vytvořen detektor emitující intenzivnější luminiscenci, a který by měl vysokou rychlost odezvy na dopadající ionizující záření.
Podstata vynálezu
Vytčený úkol je vyřešen vytvořením scintilačního detektoru pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového podle tohoto vynálezu.
Scintilační detektor zahrnuje monokrystalický substrát, na kterém je nanesena alespoň jedna podkladová vrstva. Podkladová vrstva je nanesena pro stabilní navázání alespoň jedné nitridové polovodičové vrstvy na monokrystalický substrát pomocí epitaxe. Nitridová polovodičová vrstva je popsána obecným vzorcem AlyInxGai_x.yN, pro nějž platí vztahy 0<x<l,0<y<l a 0 < x+y < 1. Současně jsou alespoň dvě nitridové polovodičové vrstvy uspořádány do vrstevnaté heterostruktury jejíž struktura obsahuje alespoň jednu potenciálovou jámu pro zářivé rekombinace elektronů a děr generovaných dopadajícím zářením.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že na podkladové vrstvě je vytvořena alespoň jedna spodní nitridová polovodičová vrstva a nad spodní nitridovou polovodičovou vrstvou je uspořádána alespoň jedna aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev s v podstatě stejnou polarizací. Aktivní dvojice je složená z bariérové vrstvy typu AlybInxbGai.xb.ybN a z vrstvy typu AlywInxwGai.xw.ywN představující potenciálovou jámu, kde pro aktivní dvojici platí vztahy xb < xw a yb < yw. Nebo, pokud aktivní dvojice vrstev nemá vyrovnanou polarizaci, je do alespoň jedné aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev vložena alespoň jedna vrstva typu AlydInX(jGai.Xd-ydN o tloušťce menší než 2 nm, ve které platí yd < yw a xd > xw+0,3, pro vytvoření inverzní potenciálové bariéry uvnitř s ní sousedící vrstvy představující potenciálovou jámu pro zmenšení doby luminiscenčního dosvitu. Přičemž je nad nejvýše se nacházející aktivní dvojicí směrem od substrátu uspořádána alespoň jedna vrchní nitridová polovodičová vrstva.
Mezi výhody scintilačního detektoru s v podstatě stejnou polarizací vrstev aktivních dvojic náleží krátká doba dosvitu, která se pohybuje řádově v jednotkách nanosekund, a vysoká intenzita luminiscence, způsobená zlepšeným překryvem děrové a elektronové funkce (viz obr. 2). Jiným způsobem zvýšení překryvu elektronové a děrové vlnové funkce je vložení inverzní potenciálové bariéry (viz obr. 3 a obr. 6), která k sobě přitáhne elektrony a díry, dojde k prostorovému přiblížení elektronů a děr, čímž se zkrátí dosvit scintilátoru a zvýší se intenzita excitované luminiscence.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu s GaN podkladovou vrstvou vyhovují složení a tloušťky bariérové vrstvy a vrstvy představující potenciálovou jámu vztahu x w/y w=d2/d i (k-xb/yb)+k přičemž platí interval 0,2< k < 0,3 pro vzájemnou kompenzaci pnutí v epitaxní rovině.
Kompenzace pnutí v aktivní části heterostruktury umožňuje zvětšit velikost této aktivní části heterostruktury, čímž se zvětší oblast pro dopad detekovaného záření a zvýší se počet uvolněných elektronů a děr pro zářivou rekombinaci, což má za následek zlepšení funkce scintilačního detektoru.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu zahrnuje aktivní část heterostruktury nejméně dvě periodicky se opakující aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev, jejichž celková tloušťka je větší než 200 nm.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu je spodní nitridová polovodičová vrstva typu AlyInxGai.x.yN, kde platí 0 < x < 0,5, 0 < y < 0,5 a 0 <x+y < 1.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu je heterostruktura do hloubky alespoň 1 pm od vnějšího povrchu vrchní nitridové polovodičové vrstvy dotována atomy křemíku o koncentraci do 1019 cm'3 pro dosažení dostatečné vodivosti struktury a možnosti odvedení přebytečného záporného náboje způsobeného dopadajícím elektronovým svazkem.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu je monokrystalický substrát z materiálu ze skupiny ytrium-hlinitý perovskit, monokrystalická forma GaN, nebo safír.
V dalším výhodném provedení scintilačního detektoru podle tohoto vynálezu je monokrystalický substrát tvořen ytrium-hlinitým perovskitem dotovaným prvky vzácných zemin pro stabilizaci růstového procesu, přičemž podkladová vrstva je tenčí než 50 nm.
Výhody rychlého scintilátoru pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového, jsou rychlá doba dosvitu, vyšší intenzita luminiscence, dosažená alespoň částečnou kompenzací piezoelektrického pole a pnutí v aktivní oblasti, nebo eliminací vlivu piezoelektrického pole použitím inverzní potenciálové bariéry.
Objasnění výkresů
Uvedený vynález bude blíže objasněn na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 znázorňuje schematické vyobrazení průběhu energie hrany vodivostního a valenčního pásu scintilační nitridové heterostruktury s kvantovými jámami bez kompenzace piezoelektrického pole a se slabým překryvem elektronové a děrové vlnové funkce, který zhoršuje intenzitu luminiscence scintilátoru a prodlužuje jeho dosvit, obr. 2 znázorňuje schematicky vyobrazený průběh energie hrany vodivostního a valenčního pásu scintilační nitridové heterostruktury s kompenzovaným piezoelektrickým polem a dokonalejším překryvem vlnových funkcí, obr. 3 znázorňuje schematicky vyobrazený průběh energie hrany vodivostního a valenčního pásu scintilační nitridové heterostruktury s vnořenou inverzní potenciálovou bariérou, obr. 4 trojrozměrný graf závislosti polarizace na složení AlyInxGai_x.yN vrstvy. Z této závislosti lze odvodit různá složení kvatemámí vrstvy pro stejnou zvolenou polarizaci, obr. 5 schematické vyobrazení vrstev heterostruktury s téměř stejnou polarizací jednotlivých vrstev aktivní oblasti vytvořené na substrátu, obr. 6 schematické vyobrazení vrstev heterostruktury s vnořenými inverzními potenciálovými bariérami,
Příklady uskutečnění vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení vynálezu na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.
Na obr. 1 je vyobrazen průběh vodivostního a valenčního pásu ve struktuře spolu s vlnovými funkcemi 8 a 9 děr a elektronů pro strukturu připravenou dle stávajícího stavu techniky. Na obr. 2 až 3 jsou vyobrazeny vodivostní a valenční pás ve struktuře spolu s vlnovými funkcemi 8 a 9 děr a elektronů pro struktury podle tohoto vynálezu a to pro strukturu s vyrovnanou polarizací (obr. 2) a pro strukturu s inverzní potenciálovou bariérou (obr. 3). Na obr. 4 je vyobrazen prostorový graf závislosti polarizace vrstev na jejich složení pro návrh struktury zachovávající vyrovnané piezoelektrické pole v aktivní oblasti. Na obr. 5 je schematicky vyobrazena heterostruktura vytvořená na monokrystatickém substrátu 1 s vyrovnanou polarizací. Na obr. 6 je schematicky vyobrazena heterostruktura vytvořená na monokrystalickém substrátu 1 s inverzní potenciálovou bariérou.
Příklad 1 - struktura s plně kompenzovaným piezoelektrickým polem
Součástí scintilátoru je vícevrstvá polovodičová nitridová heterostruktura s GaN podkladovou vrstvou 2 připravená technologií MOVPE. Pro kvalitu a funkci aktivní části heterostruktury je podstatné, aby byla bariérová vrstva 4 AlybInXbGai_xb.ybN v aktivní oblasti mřížkově přizpůsobena GaN podkladové vrstvě v epitaxní rovině a zároveň, aby vrstvy 5 AlywInxwGai-xw.ywN s užším zakázaným pásem představující potenciálové jámy měly stejnou polarizovatelnost jako vrstvy 4 bariérové. Bariérová vrstva 4 AlybInxbGai.xb.ybN musí obsahovat přibližně 4,3 x více atomů AI, než atomů In (yb=4,3 xb), aby byla mřížkově přizpůsobena podkladu.
Heterostruktura je připravena na substrátu 1 YAP (yttrium-hlinitý perovskit) s orientací (111). Při přípravě byla provedena nitridace substrátu 1 v atmosféře NH3 + N2 při teplotě 1050 °C po dobu 5 min. Dále byla připravena podkladová vrstva 2 GaN při teplotě 540 °C, jejíž tloušťka ti je 30 nm. Spodní vrstva 3 GaN byla dotována atomy křemíku na koncentraci 5.10 17cm'3 a byla připravená za teploty 1050 °C, tloušťka t] spodní vrstvy 3 jsou 2 pm. Aktivní oblast heterostruktury tvoří střídající se vrstvy 4 a 5 s širším a užším zakázaným pásem, připravené za teploty 830 C. Počet opakování aktivních dvojic je 12. Parametry bariérové vrstvy 4 jsou AlybInxbGai_xb-ybN, kde xb = 0^04, yb = Od 7 a tloušťka d? vrstvy 4 je 16 nm. Vrstva 5 má parametry AlywInxwGa].xw.ywN, kde xw = 0^13, yw = 0.^24 a tloušťka dl vrstvy 5 je 2 nm. Aktivní oblast je dotována křemíkem na koncentraci Si 2.1018 cm'3. Krycí vrstva 6 typu AlyGai.yN byla připravená za teploty 830 °C se složením y = 0χ05.
Příklad 2 - struktura s téměř vyrovnaným piezoelektrickým polem a plně kompenzovaným pnutím v epitaxních vrstvách
Vícevrstvá polovodičová heterostruktura byla připravena podle příkladu 1 s tím, že složení a tloušťka di bariérové vrstvy 4 s menší mřížkovou konstantou ab je navrženo tak, aby bylo vyváženo pnutí způsobené vrstvou 5 představující potenciálovou jámu s větší mřížkovou konstantou aw a tloušťkou di vůči spodní vrstvě 3 s mřížkovým parametrem aoj, kterou tvoří v tomto příkladu GaN. Zároveň je kompenzováno piezoelektrické pole mezi bariérovými vrstvami 4 a vrstvami 5 představujícími potenciálovou jámu, (oba typy vrstev mají stejnou polarizaci). Aktivní oblast tvoří střídající se vrstvy 4 a 5 s širším a užším zakázaným pásem, připravené za teploty 830 °C. Počet periodických opakování aktivních dvojic je 30. Parametry vrstev 4 a 5 jsou AlyBlnXBGai-XB-yBN, kde xb = 0, yB = 0,15 s tloušťkou d^ vrstvy 14 run a AlywInxwGai-xw-ywN, kde xw= 0,07 yw= 0,27, s tloušťkou di vrstvy 3 nm.
Příklad 3 - struktura s plně kompenzovaným piezoelektrickým polem a InxGai_xN podkladovou vrstvou
Vícevrstvá polovodičová struktura byla připravena podle příkladu 1 s tím, že spodní vrstva 3 je tvořena slitinovým polovodičem typu InxGai_xN, se složením x = 0 03, což umožnilo snížit obsah AI ve vrstvách 4_a 5 aktivní oblasti heterostruktury. Aktivní oblast tvoří střídající se vrstvy 4 a 5 s širším a užším zakázaným pásem, připravené za teploty 830 °C. Počet opakování aktivních dvojic je 15. Parametry vrstev 4 a 5 jsou AlybInxbGai.xb.ybN, kde xb = 0K04, yb = 0v03, a tloušťka vrstvy 4 je 16 nm, a u vrstvy 5 typu AlywInxwGai.xw.ywN, kde xw = 0,08, yw=0(09, je tloušťka d] 5 nm.
Příklad 4 - struktura s vnořenou inverzní potenciálovou bariérou
Tato struktura (viz obr. 6) je připravena podle příkladu 1, avšak do vrstvy 5 s užším zakázaným pásem se složením AlywInxwGai.xw.ywN je vnořena tenká vrstva 7 In^Ga^N, jako inverzní potenciálová bariéra, která do sebe vtahuje elektrony i díry a zlepšuje tak překryv jejich vlnových funkcí (viz obr. 3). Toto řešení zvyšuje překryv vlnových funkcí nosičů náboje i v případě přítomnosti piezoelektrického pole a umožňuje tak snížit koncentraci hliníku v aktivní oblasti, zvýšit intenzitu luminiscence a zrychlit luminiscenční odezvu.
Strukturuje připravena na substrátu 1 YAP (yttrium-hlinitý perovskit) s orientací (111). Byla uskutečněna nitridace substrátu 1 v atmosféře NH3 + N2 při teplotě 1050 °C po dobu 5 min. Následně byla nanesena podkladová vrstva 2 z materiálu GaN při teplotě 540Í°C, jejíž tloušťka ti je 30 nm. Dále byla vytvořena spodní vrstva 3 z materiálu GaN dotována atomy křemíku na koncentraci 1.1017 cm’3 a připravená za teploty 1050 °C, jejíž tloušťka ti jsou 2 pm.
Aktivní oblast tvoří střídající se vrstvy 4, 5_a_7 s širším a užším zakázaným pásem, připravené za teploty 830 °C. Počet opakování aktivních trojic je 15.
Parametry vrstvy 4 jsou AlybInxbGa1.xb.ybN, kde xb = 0χ02, yb = 0.09, a tloušťka di vrstvy 4 je 12 nm. Parametry vrstvy 5 jsou AlywInxwGai.xw.ywN, kde xw = (\03, yw = 0.07, a tloušťka d? vrstvy 5 jsou 2 nm. Parametry vrstvy 7 jsou InxdGai_xdN, kde xd=0.4, a tloušťka tj vrstvy 7 je 1 nm. Aktivní oblast je rovněž dotována křemíkem na koncentraci Si 2.1018 cm'3. Na vrchu heterostruktury je nanesena krycí vrstva 6 AlyGai.yN připravená za teploty 830 °C se složením y = OJ a tloušťkou 8 nm.
Průmyslová využitelnost
Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového, podle vynálezu nalezne mimo jiné především uplatnění v medicínských oborech pracujících s ionizujícím zářením, v elektronových mikroskopech, v přístrojích vyžadujících rychlou detekci určených pro výzkum, nebo pro analýzu materiálů a výrobků, zejména v aplikacích diagnostiky kvality integrovaných obvodů a jiných elektronických součástek, dále v mikroradiografíi, včetně rychlých CT systému s vysokým rozlišením a v mnoha dalších badatelských oborech, jako jsou astronomie, částicová fyzika, atp.
Přehled vztahových značek monokrystalický substrát podkladová vrstva spodní nitridová vrstva bariérová vrstva vrstva představující potenciálovou jámu vrchní nitridová vrstva vrstva představující inverzní potenciálovou bariéru vlnová funkce elektronů vlnová funkce děr d i tloušťka vrstvy představuj ící potenciálovou j ámu d2 tloušťka bariérové vrstvy ti tloušťka spodní nitridové vrstvy
Í2 tloušťka vrchní nitridové vrstvy
Í3 tloušťka vrstvy představující inverzní potenciálovou bariéru t4 tloušťka podkladové vrstvy h tloušťka aktivní části heterostruktury

Claims (8)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření, zejména elektronového, rentgenového nebo částicového, zahrnující monokrystalický substrát (1), na kterém je nanesena alespoň jedna podkladová vrstva (2) pro navázaní alespoň jedné nitridové polovodičové vrstvy (3, 4, 5, 6) na substrát (1) pomocí epitaxe, nitridová polovodičová vrstva (3, 4) je popsána obecným vzorcem AlyInxGai_x.yN, kde platí 0<x< 1, 0 < y < 1 a 0 < x+y < 1, přičemž alespoň dvě nitridové polovodičové vrstvy (3, 4) jsou uspořádány do vrstvené heterostruktury, jejíž struktura obsahuje alespoň jednu potenciálovou jámu pro zářivé rekombinace elektronů a děr, vyznačující se tí m, že na podkladové vrstvě (2) je uspořádána alespoň jedna spodní nitridová polovodičová vrstva (3), nad spodní nitridovou polovodičovou vrstvou (3) je uspořádána alespoň jedna aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (3, 4) se stejnou polarizací složená z bariérové vrstvy (4) typu AlybInxbGai.xb.ybN a z vrstvy (5) typu AlywInxwGai_xw.ywN představující potenciálovou jámu, kde platí xb < xw a yb < yw, nebo je do alespoň jedné aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (4, 5) vložena alespoň jedna vrstva (7) typu AlydInxdGai_xd.ydN o tloušťce (t3) menší než 2 nm, ve které platí yd < yw a xd > xw+0,3, pro vytvoření inverzní potenciálové bariéry uvnitř s ní sousedící vrstvy (5) představující potenciálovou jámu pro zmenšení doby luminiscenčního dosvitu, přičemž je ve směru od substrátu (1) nad nejvýše se nacházející aktivní dvojicí vrstev (3, 4) uspořádána alespoň jedna vrchní nitridová polovodičová vrstva (6).
  2. 2. Scintilační detektor podle nároku 2, vyznačující se tím, že složení a tlouštky (d|, d2) bariérové vrstvy (4) a vrstvy (5) představující potenciálovou jámu vyhovují vztahu x w/yw=d2/d | (k-xb/yb)+k přičemž platí interval 0,21< k< 0,27 pro vzájemnou kompenzaci pnutí v epitaxní rovině.
    _ /1/1 -
  3. 3. Scintilační detektor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že aktivní část heterostruktury zahrnuje nejméně dvě aktivní dvojice nitridových polovodičových vrstev (4, 5), a jejíž celková tloušťka (h) je větší než 200 nm.
  4. 4. Scintilační detektor podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že spodní nitridová polovodičová vrstva (3) je typu AlyInxGai.x.yN, kde platí 0 < x < 0,5 a 0<y<0,5.
  5. 5. Scintilační detektor podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že heterostruktura je do hloubky alespoň 1 pm od vnějšího povrchu vrchní nitridové polovodičové vrstvy (6) dotována atomy křemíku o koncentraci do 1019 cm’3.
  6. 6. Scintilační detektor podle některého z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se t í m, že monokrystalický substrát (1) je vyroben z materiálu ze skupiny ytrium-hlinitý perovskit, monokrystalická forma GaN, nebo safír.
  7. 7. Scintilační detektor podle nároku 6, vyznačující se tím, že monokrystalický substrát (1) je tvořen ytrium-hlinitým perovskitem dotovaným vzácnou zeminou, přičemž podkladová vrstva (2) AlyInxGai_x.yN má tloušťku (t4) menší než 50 nm.
  8. 8. Scintilační detektor podle nároku 7,vyznačující se tím, že vzácná zemina je zastoupena cerem.
CZ2015-82A 2015-02-09 2015-02-09 Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření CZ201582A3 (cs)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-82A CZ201582A3 (cs) 2015-02-09 2015-02-09 Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření
PCT/CZ2016/000012 WO2016127959A1 (en) 2015-02-09 2016-02-08 Scintillation detector for detection of ionising radiation
JP2017538244A JP6381815B2 (ja) 2015-02-09 2016-02-08 電離放射線のシンチレーション検出器
EP16712190.4A EP3256882B1 (en) 2015-02-09 2016-02-08 Scintillation detector for detection of ionising radiation
KR1020177022632A KR101972484B1 (ko) 2015-02-09 2016-02-08 이온화 방사선의 검출을 위한 섬광 검출기
US15/541,476 US10067246B2 (en) 2015-02-09 2016-02-08 Scintillation detector for detection of ionising radiation
CN201680009348.4A CN107209277B (zh) 2015-02-09 2016-02-08 用于探测电离辐射的闪烁探测器
IL253156A IL253156B (en) 2015-02-09 2017-06-25 Scintillation detector for detecting ionizing radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-82A CZ201582A3 (cs) 2015-02-09 2015-02-09 Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ306026B6 CZ306026B6 (cs) 2016-06-29
CZ201582A3 true CZ201582A3 (cs) 2016-06-29

Family

ID=55640487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2015-82A CZ201582A3 (cs) 2015-02-09 2015-02-09 Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10067246B2 (cs)
EP (1) EP3256882B1 (cs)
JP (1) JP6381815B2 (cs)
KR (1) KR101972484B1 (cs)
CN (1) CN107209277B (cs)
CZ (1) CZ201582A3 (cs)
IL (1) IL253156B (cs)
WO (1) WO2016127959A1 (cs)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6576257B2 (ja) * 2016-01-29 2019-09-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子検出器、及び荷電粒子線装置
JP6666626B2 (ja) 2017-01-31 2020-03-18 株式会社日立ハイテク 荷電粒子検出器及び荷電粒子線装置
CZ307721B6 (cs) * 2017-09-19 2019-03-20 Crytur, Spol. S R.O. Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření
US11846736B2 (en) * 2019-07-10 2023-12-19 Hitachi High-Tech Corporation Scintillator for charged particle beam apparatus and charged particle beam apparatus
DE112020006990T5 (de) * 2020-06-10 2023-01-12 Hitachi High-Tech Corporation Szintillator und gerät zur bestrahlung geladener teilchen
CN114355428B (zh) * 2022-01-05 2024-04-26 吉林大学 一种研究闪烁体能量转换机理的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1169247A (zh) * 1996-07-01 1998-01-07 威特瑞(天津)食品有限公司 脆皮乳肉雪糕的制备方法
US6515313B1 (en) * 1999-12-02 2003-02-04 Cree Lighting Company High efficiency light emitters with reduced polarization-induced charges
US6906352B2 (en) * 2001-01-16 2005-06-14 Cree, Inc. Group III nitride LED with undoped cladding layer and multiple quantum well
JP3867635B2 (ja) * 2002-07-29 2007-01-10 豊田合成株式会社 シンチレータ
JP2004131567A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Hamamatsu Photonics Kk 発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置
JP4365255B2 (ja) * 2004-04-08 2009-11-18 浜松ホトニクス株式会社 発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置
US8274058B1 (en) * 2006-01-25 2012-09-25 Sandia Corporation Integrated heterodyne terahertz transceiver
US8378308B2 (en) * 2010-10-19 2013-02-19 Battelle Energy Alliance, Llc Charged particle detectors with active detector surface for partial energy deposition of the charged particles and related methods
WO2013012798A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-24 Cardinal Health 414, Llc Method and system for automated quality control platform
TWI499080B (zh) * 2012-11-19 2015-09-01 Genesis Photonics Inc 氮化物半導體結構及半導體發光元件

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170125020A (ko) 2017-11-13
WO2016127959A1 (en) 2016-08-18
CN107209277A (zh) 2017-09-26
CN107209277B (zh) 2019-10-22
IL253156B (en) 2021-05-31
EP3256882A1 (en) 2017-12-20
IL253156A0 (en) 2017-08-31
US20180059268A1 (en) 2018-03-01
KR101972484B1 (ko) 2019-04-25
JP2018513351A (ja) 2018-05-24
US10067246B2 (en) 2018-09-04
CZ306026B6 (cs) 2016-06-29
JP6381815B2 (ja) 2018-08-29
EP3256882B1 (en) 2020-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ201582A3 (cs) Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření
Chichibu et al. The origins and properties of intrinsic nonradiative recombination centers in wide bandgap GaN and AlGaN
CN106415854B (zh) 包括n型和p型超晶格的电子装置
Dai et al. Internal quantum efficiency and nonradiative recombination coefficient of GaInN/GaN multiple quantum wells with different dislocation densities
Hospodková et al. InGaN/GaN multiple quantum well for fast scintillation application: radioluminescence and photoluminescence study
Golovynskyi et al. Deep levels in metamorphic InAs/InGaAs quantum dot structures with different composition of the embedding layers
Levinshtein et al. Low-frequency noise in GaN/GaAlN heterojunctions
Kastalsky et al. Semiconductor high-energy radiation scintillation detector
Cho et al. Influence of strain-induced indium clustering on characteristics of InGaN/GaN multiple quantum wells with high indium composition
CZ2017556A3 (cs) Scintilační detektor pro detekci ionizujícího záření
Alberi et al. Localization behavior at bound Bi complex states in GaA s 1− x B i x
Shtrom et al. Luminescence of ZnMnTe/ZnMgTe heterostructures with monolayer manganese inclusions in ZnTe quantum wells and its behavior in a magnetic field
Shima et al. Photoluminescence studies of sequentially Mg and H ion-implanted GaN with various implantation depths and crystallographic planes
Yadav et al. Cathodoluminescence studies of gamma-irradiation effects on AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs)
Yıldırım et al. Low temperature thermally stimulated current measurements in N-implanted TlGaSeS layered single crystals
Saarinen Characterization of native point defects in GaN by positron annihilation spectroscopy
CZ303201B6 (cs) Scintilacní detekcní jednotka pro detekci elektronu, iontu a fotonu sendvicové struktury
CZ2011834A3 (cs) Scintilacní detekcní jednotka se zvýsenou radiacní odolností
Hospodková et al. Devices based on InGaN/GaN multiple quantum well for scintillator and detector applications
Davydov et al. Localized states in the active region of blue LEDs related to a system of extended defects
Lee et al. Origin of localized states in zinc-blende ZnCdSe thin films and the influence on carrier relaxation of self-assembled ZnTe/ZnCdSe quantum dots
Tuomisto et al. Defect studies with positrons: what could we learn on III-nitride heterostructures?
Dorokhin et al. Epitaxial growth of MnGa/GaAs layers for diodes with spin injection
Ryu et al. Optical properties of InGaN/GaN double quantum wells with varying well thickness
Kojima et al. Intraband relaxation process in highly stacked quantum dots