RU2586081C1 - Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления - Google Patents
Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2586081C1 RU2586081C1 RU2015119477/28A RU2015119477A RU2586081C1 RU 2586081 C1 RU2586081 C1 RU 2586081C1 RU 2015119477/28 A RU2015119477/28 A RU 2015119477/28A RU 2015119477 A RU2015119477 A RU 2015119477A RU 2586081 C1 RU2586081 C1 RU 2586081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contacts
- metal
- semi
- gaas
- semiconductor
- Prior art date
Links
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 12
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000002601 radiography Methods 0.000 abstract description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005264 electron capture Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия. Предложенные конструкция и способ ее изготовления позволяют реализовать принцип внутреннего усиления в многоканальных полупроводниковых детекторах. Полупроводниковый детектор включает формирование полуизолирующей i-области, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, при этом между металлическими контактами и i-областью формируют слой полупроводника, например арсенида индия, толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область, и понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии теплового равновесия кристалла, kT. Формирование осуществляют путем нанесения слоя индия поверх металлических контактов к i-области и последующего отжига контактов в условиях, достаточных для проплавления первичного металлического контакта. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия, и предназначено для использования в производстве рентгеновских систем нового поколения для медицины, промышленности и научных исследований.
Известны аналоги заявленного изобретения [1-5], в которых для реализации внутреннего усиления используется монолитная пластина полупроводника, на противоположных концах которой созданы омические контакты.
Если полупроводник имеет большое время жизни и малое расстояние между контактами, то в структуре организуется фоторезистивное усиление с коэффициентом усиления, значительно большим единицы [1].
В [2] сообщается о формировании полупроводниковой структуры с инжектирующими контактами. Инжекция носителей способствует формированию положительной внутренней обратной связи по току; чувствительность такой структуры может значительно превысить значения, достигаемые на сопряженных фоторезисторах, не имеющих инжектирующих контактов.
В [3] показано, что возможно использовать структуры типа транзистора для регистрации рентгеновского, гамма-излучения и излучения ионизирующих частиц высоких энергий. Неосновные носители, образованные в базе при торможении частицы, диффундируют к эмиттерному и коллекторному переходам, где вовлекаются в дрейф существующими полями. Неравновесные дырки оказываются в потенциальной яме и заряжают ее положительно относительно эмиттера. Изменение разности потенциалов эмиттер-база увеличивает инжектируемый эмиттером ток электронов, чем и обуславливается внутреннее усиление.
Изменение внутреннего поля (поляризация) может происходить за счет захвата носителей, и, как следствие, уменьшение высоты потенциального барьера на границе металл-полупроводник. Уменьшение высоты потенциального барьера приводит к дополнительной инжекции с контактов, что, в свою очередь, ведет к инжекционному росту фототока и чувствительности [4]. Показано, что в p-i-n структуре, i-область которой изготовлена из a-Se [5], имеет место деформация внутреннего поля. Установлено, что это происходит за счет захвата носителей и, как следствие, дополнительной инжекции с контактов, что в свою очередь ведет к росту избыточного фототока, и чувствительность структур превышает единицу.
Недостатком известных устройств является низкий коэффициент усиления, единицы, который достигается в условиях высокого уровня инжекции носителей заряда в структурах.
Наиболее близким техническим решением является детектор, выполненный на основе Ме-i-Ме структуры. Конструкция детектора включает полуизолирующую i-область, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, например, на основе тонкого напыленного слоя никеля либо хрома [6]. Относительно невысокие значения деформации распределения внутреннего электрического поля в прототипе не позволяют управлять инжекцией в широких пределах и создавать условия для достижения высоких коэффициентов усиления, что является недостатком данных устройств.
Технической задачей является увеличение внутреннего коэффициента усиления детекторной Ме-i-Ме структуры при взаимодействии с квантами рентгеновского и гамма-излучения широкого спектрального диапазона.
Цель достигается тем, что между металлическими контактами и i-областью формируется слой полупроводника толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область, понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии, близкой к энергии теплового равновесия кристалла, kT.
В предлагаемом устройстве устранены недостатки прототипа, связанные с высоким потенциальным барьером на границе металл-полупроводник, который препятствует инжекции электронов с катодного металлического контакта в полуизолирующий i-слой. За счет управляемого изменения химического состава приповерхностного слоя под металлическим контактом путем формирования тонкого слоя полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны, способного понизить высоту потенциального барьера до величины, близкой к kT, инжекционные способности катодного электрода значительно возрастают. Это позволяет запустить механизм внутреннего инжекционного усиления детекторной Ме-i-Ме структуры при взаимодействии с квантами рентгеновского и гамма-излучения широкого спектрального диапазона.
Поскольку на поверхности GaAs уровень Ферми жестко закреплен вблизи уровня электрической нейтральности за счет высокой плотности поверхностных состояний Ds=1014 см −2 эВ−1, то высота потенциального барьера на границе Cr, Ni контактов и i-GaAs составит ~0,83 эВ. Тогда эквивалентную схему Me-i-Me детекторной структуры можно представить в виде последовательно соединенных сопротивления высокоомной i-области и 2-х встречно включенных барьеров Шоттки Me-i контактов, один из которых при любой полярности сигнала всегда включен в обратном направлении, ограничивая инжекцию электронов в i-слой.
Экспериментально установлено, что для создания омического контакта к GaAs необходимо использовать металл, с работой выхода, меньшей, чем у GaAs (работа выхода GaAs составляет 4,5 эВ). Такой контакт должен вести себя как квазиомический контакт. Примеры таких металлов: In, Mg, Gd, имеющие работу выхода 4,12 эВ, 3,68 эВ и 3,10 эВ соответственно. Например, создание на поверхности i-GaAs узкозонного слоя твердого раствора Ga1−xInxAs позволяет сформировать квазиомический контакт катода. В InAs поверхностный уровень Ферми закреплен в зоне проводимости, что значительно снижает высоту потенциального барьера металл-полупроводник в твердых растворах системы GaAs-InAs по сравнению с высотой барьера металл-GaAs, как показано на рисунке 1. Примером такого контакта может быть In-контакт к GaAs как n-, так и p-типа. Он образуется при относительно низких температурах до 300°C.
На рисунке 1 представлена зонная диаграмма омического контакта In-n-GaAs.
При термическом осаждении In на поверхность i-GaAs не происходит существенного подлегирования приповерхностной области полупроводника, что делает несущественным процесс тунелирования через контактный слой. В результате, основной вклад в сопротивление образованного омического контакта вносит прохождение электронов над потенциальным барьером. Высота потенциального барьера, преодолеваемого электронами в омическом контакте, определенная из наклона зависимости приведенного сопротивления омического контакта от обратной температуры, оказалась равной 0,03 эВ, что по порядку величины сравнимо с энергией колебания кристаллической решетки kT=0,26 эВ при 300К. Таким образом, основным механизмом протекания тока в контакте In-i-GaAs является термоэлектронная эмиссия через потенциальный барьер высотой 0,03 эВ. Именно в такой структуре возможна реализация сложного механизма внутреннего инжекционного усиления при поглощении квантов ионизирующих (УФ, рентгеновского и гамма) излучений.
Механизм внутреннего усиления в предложенном устройстве работает следующим образом. В интересующей области энергий ионизирующего излучения современных синхротронных центров (10÷60) кэВ поглощение квантов происходит по закону Бугера [7] в результате классического фотоэффекта. Квант излучения передает всю свою энергию Eo одному из атомных электронов, который растрачивает эту энергию на образование неравновесных электронно-дырочных пар в ионизационном треке в количестве No=Eo/Ei, где Ei - энергия образования электронно-дырочной пары. Дырки будут захватываться на глубокие отрицательно заряженные центры, а электроны под действием электрического поля дрейфуют к аноду. Время захвата дырок τp - на отрицательно заряженные центры хрома 
может быть оценено: 
где сечение захвата дырки σρ -=7·10-15 см2, тепловая скорость дырок υр ~107 см-3, 
≅ 1017 см-3. По порядку величины 
≅10-10 с. Время жизни неравновесных электронов ограничивается временем захвата на нейтральные центры 
, концентрация которых 
≅2·1017 см-3. Сечение захвата электронов на нейтральные центры по порядку величины составляет 
~10-17 см2. Тогда время жизни неравновесных электронов, τn, оцененное по формуле: 
составляет ≥5·10-8 с. Под действием электрического поля в i-области электроны дрейфуют до анода, обусловливая индуцированный ток во внешней цепи. Как только электрон выбрасывается электрическим полем в n-подложку, в i-области нарушается электрическая нейтральность, часть положительно заряженных доноров остается не скомпенсированной. Для восстановления электрической нейтральности из металлического контакта через сформированный слой с пониженным потенциальным барьером в i-область втягивается электрон, который также за время жизни успевает дойти до противоположного контакта. Таким образом, наблюдается инжекционное усиление индуцированного тока по типу фоторезистора. Как и в случае фоторезистивного усиления, коэффициент усиления будет определяться соотношением времени жизни τn и времени дрейфа 
неравновесных электронов. На рисунке 2 представлены экспериментальные результаты силы тока, наведенного в i-слое детектора, поглощенного квантами, от мощности экспозиционной дозы (МЭД) ионизирующего излучения.
На рисунке 2 представлена зависимость силы тока от дозы для детектора на основе GaAs:Cr, d=295 мкм, при облучении анода (сверху) и катода (снизу), прототипа (колонка а) и предложенного устройства (колонка б).
Как следует из рисунка 2, в предложенном устройстве за счет внутреннего инжекционного усиления сила наведенного тока в сотни раз превышает аналогичную характеристику прототипа. Следовательно, во столько же раз будет различаться и экспериментально наблюдаемое значение квантовой эффективности, η: η=ηo·τn/
, где ηo≤1. Фоторезистивный эффект усиливается тем, что за счет захвата дырок идет перераспределение поля в структуре и напряженность электрического поля в области нескомпенсированного заряда возрастает. Инжекционный фоторезистивный механизм усиления в предложенном устройстве подтверждается также экспериментальной зависимостью квантовой эффективности от толщины высокоомного i-слоя di. Поскольку =di/υm, где υm - максимальная дрейфовая скорость электронов в i-слое, то квантовая эффективность обратно пропорциональна толщине чувствительного слоя, что представлено в таблице 1.
Предложен способ изготовления, позволяющий реализовать заявленное устройство. Способ обеспечивает относительно простую реализацию конструкции предложенного полупроводникового детектора рентгеновского излучения с внутренним усилением путем нанесения тонкого слоя индия поверх металлических контактов к i-области и последующего вжигания контактов в условиях, достаточных для проплавления первичного металлического контакта. Поскольку индий имеет низкую температуру плавления 156°С и высокий коэффициент диффузии в арсениде галлия, то уже при температуре 300°С в течение 10 минут наблюдается проплавление контактного Cr/Ni слоя толщиной до 1 мкм. При взаимодействии под Ni/Cr контактом с поверхностью i-GaAs образуется твердый раствор InGaAs с переменным составом индия, деформирующий энергетическую диаграмму, рисунок 1, так что высота потенциального барьера на границе Ni/Cr- InGaAs-i-GaAs снижается до величины, близкой kT, что обуславливает омические свойства контактов. В таблице 1 представлены экспериментальные результаты чувствительности предложенных рентгеновских детекторов в сравнении с прототипом при изменении ускоряющего напряжения на рентгеновской трубке (1), облучения детектора со стороны анода (2,4) либо катода (3,5) при различной мощности экспозиционной дозы (МЭД) в плоскости детектора, толщины детектора и характеристик контактов к ним (6). Величина чувствительности S определялась из зависимости превышения индуцированной поглощенными квантами силы тока над темновым Iλ-It от плотности мощности экспозиционной дозы W по формуле:
где Δφ - изменение высоты потенциального барьера контакта Me-i-GaAs, которое понижается в предложенном способе до величины, близкой kT - энергии колебания кристаллической решетки полупроводника. Результаты аппроксимации Iλ(W) на участках с МЭД ≤ 200 мР/с (SI) и с МЭД ≥ 200 мР/с (SII), таблица 1, показывают, что независимо от условий эксперимента в детекторах, выполненных предложенным способом, наблюдается значительное внутренне усиление индуцированного поглощенным фотоном тока по сравнению с прототипом.
Таблица 1
| Utube, кВ | Чувствительность SI, нКл/мР*см2 МЭД меньше 200 мР/с |
Чувствительность SII, нКл/мР*см2 МЭД больше 200 мР/с |
Характеристика контактов | ||
| анод | катод | анод | катод | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 60 | 2,2 | 5,0 | 2,2 | 5,0 | GaAs:Cr детектор, Cr/Ni контакты d=295 мкм, Udet=30 В |
| 80 | 2,1 | 4,4 | 1,8 | 3,4 | |
| 120 | 1,5 | 3,6 | 1,4 | 2,9 | |
| 60 | 906,0 | 906,0 | 1155,0 | 1155,0 | GaAs:Cr детектор, In контакты d=295 мкм U=30 В |
| 80 | 1224,4 | 1513,2 | 1405,4 | 1701,8 | |
| 120 | 1488,7 | 1609,3 | 1602,1 | 1772,0 | |
| 60 | 2,2 | 6,4 | 2,2 | 6,4 | GaAs:Cr детектор, Cr/Ni контакты, d=480 мкм, U=48 В |
| 80 | 2,4 | 5,2 | 1,2 | 3,6 | |
| 60 | 99,7 | 270,4 | 99,7 | 270,4 | GaAs:Cr детектор, In контакты d=480 мкм U=48 В |
| 80 | 184,6 | 406,1 | 215,5 | 488,4 | |
| 120 | 242,7 | 459,2 | 339,5 | 590,7 | |
| 60 | 2,1 | 6,6 | 2,1 | 6,6 | GaAs:Cr детектор, Cr/Ni контакты, d=510 мкм, U=51 В |
| 80 | 3,1 | 5,6 | 1,8 | 3,4 | |
| 60 | 151,2 | 229,9 | 120,9 | 230,3 | GaAs:Cr детектор, In контакты d=510 мкм, U=51 В |
| 80 | 231,6 | 373,1 | 230,3 | 453,1 | |
| 120 | 300,6 | 425,3 | 345,0 | 565,3 | |
| 60 | 2,1 | 7,2 | 2,1 | 7,2 | GaAs:Cr детектор, Cr/Ni контакты, d=682 мкм, U=69 В |
| 80 | 2,6 | 6,1 | 1,6 | 3,8 | |
| 60 | 139,9 | 196,9 | 139,9 | 196,9 | GaAs:Cr детектор, In контакты d=682 мкм, U=69 В |
| 80 | 248,8 | 329,0 | 286,3 | 400,1 | |
| 120 | 339,6 | 401,2 | 421,0 | 545,7 | |
| 60 | 1,3 | 4,9 | 1,3 | 4,9 | GaAs:Cr детектор, Cr/Ni контакты, d=715 мкм, U=72 В |
| 80 | 1,8 | 4,2 | 1,3 | 2,7 | |
| 120 | 2,1 | 3,8 | 1,7 | 2,3 | |
| 60 | 12,8 | 44,2 | 12,8 | 44,2 | GaAs:Cr детектор, In контакты d=715 мкм, U=72 В |
| 80 | 25,9 | 70,5 | 31,5 | 80,4 | |
| 120 | 38,9 | 87,4 | 62,7 | 121,4 | |
Анализ экспериментальных результатов, представленных в таблице 1, подтверждает расчетные данные квантовой эффективности; пропорциональность и тенденции изменения характеристик близки расчетным данным. Высокая квантовая эффективность объясняется эффектами усиления. В основе усиления лежит захват неравновесных дырок на отрицательно заряженные глубокие акцепторные центры в треке. Это приводит к резкой асимметрии времен жизни неравновесных носителей заряда. Асимметрия времени жизни электронов и дырок должна приводить к пространственному разделению электронно-дырочных пар и снижению темпа рекомбинации неравновесных носителей заряда. В том числе это проявляется и в наблюдаемых экспериментальных результатах по исследованию характеристик детекторов при облучении рентгеновскими квантами. Особенно это сказывается в области высокой энергии квантов, при которых достижима квантовая эффективность ηо>1.
Таким образом, доказано, что положительный эффект достигается в предложенном способе, формирующем предложенное устройство. Устройство и способ его реализации обладают новизной и позволяют достигнуть внутреннего квантового усиления, в сотни раз превышающего значения, достигнутые в прототипе.
Источники информации
1. Строкан Н.Б., Иванов А.М., Бойко М.Е. Карбид-кремниевые транзисторные структуры как детекторы слабоионизирующего излучения //Журнал технической физики. - 2003 г. - Том 37, №1. - С.65-69.
2. Резников Б. И., Царенков Г.В. Светоуправляемые электрические поля в высокоомной МПМ структуре при наличии глубоких примесных уровней //Физика и техника полупроводников. - 1994 г. Том 28, №5. - С.867-879.
3. Optimization of Electric Field Distribution by Free Carrier Injection in Silicon Detectors Operated at Low Temperatures /E. Verbitskaya, M. Abreu, V. Bartsch, et. All //IEEE Trans. Nucl. Sci.- 2002. - V.49, NO.1. - P.258-262.
4. Characterization of charge collection in CdTe and CZT using the transient current technique /J. Fink, H. Kruger, P. Lodomez, et. All //Nucl. Instr. and Meth. A. - 2006. - V.560. - P.435-443.
5. Haugen C., Kasap S.O., Rowlands J. /X-ray irradiation induced bulk space charge in stabilized a-Se x-ray photoconductors //JOURNAL OF APPLIED PHYSICS -1998, V.84, NO.10. - P.5495-5501.
6. Budnitsky, D.,Tyazhev, A.,Novikov, V.,Zarubin, A.,Tolbanov, O., Skakunov, M., Hamann, E., Fauler, A., Fiederle, M., Procz, S., Graafsma, H., Ryabkov, S. Chromium-compensated GaAs detector material and sensors. Journal of Instrumentation, Volume 9, Issue 7, 1 July 2014. Article number C07011.
7. Зи С.М. /Физика полупроводниковых приборов, в 2х книгах. - М.: Мир, 1984. - 912 с.
8. Gain mechanism in GaN Shottky ultraviolet detectors/O. Katz, V. Garber, B. Meyler et. all//APPLIED PHYSICS LETTERS. - 2001. - V.79. NO.10. - P.1417-1419.
8. Kasap S.O., Rowlands J.A. /Direct-conversion flat-panel X-ray image detectors //IEEE Proc.-Cirarits Devices Syst. - 2002. - V.149. - NO.2. - P.85-96.
9. Sun G. C., Bourgoin J. C. et all. /A Comparison Between GaAs and CdTe for X-Ray Imaging //IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2004. - V.51. - NO.5. - P.2400-2404.
10. Ламперт М, Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. - М.: Мир, -1973. - 416 с.
Claims (2)
1. Полупроводниковый детектор рентгеновского излучения для получения цифрового изображения, включающий полуизолирующую i-область, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, отличающийся тем, что между металлическими контактами и i-областью формируется слой полупроводника, например арсенид индия, понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии теплового равновесия кристалла, kT, толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область.
2. Способ изготовления полупроводникового детектора рентгеновского излучения по п.1, включающий нанесение слоя индия поверх металлических контактов к полуизолирующей i-области и последующий отжиг контактов в атмосфере молекулярного водорода при температуре 250-400°С в течение 10 минут.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015119477/28A RU2586081C1 (ru) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015119477/28A RU2586081C1 (ru) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2586081C1 true RU2586081C1 (ru) | 2016-06-10 |
Family
ID=56115252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015119477/28A RU2586081C1 (ru) | 2015-05-25 | 2015-05-25 | Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2586081C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214806U1 (ru) * | 2022-04-26 | 2022-11-15 | Иван Дмитриевич Щербаков | Детектор сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2178602C2 (ru) * | 2000-03-20 | 2002-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИПП" | Детектор ионизирующего излучения |
| JP2002181945A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-06-26 | Canon Inc | 放射線検出装置及びその製造方法並びに放射線撮像システム |
| RU2229730C2 (ru) * | 2002-02-04 | 2004-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий | Детектор ионизирующего излучения |
| RU2307426C1 (ru) * | 2006-04-24 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Арсенидгаллиевый детектор ионизирующих излучений |
| RU2307425C1 (ru) * | 2006-04-24 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Твердотельный детектор ионизирующих излучений |
| RU86794U1 (ru) * | 2009-05-04 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Микростриповый детектор ионизирующего излучения |
-
2015
- 2015-05-25 RU RU2015119477/28A patent/RU2586081C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2178602C2 (ru) * | 2000-03-20 | 2002-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НИИПП" | Детектор ионизирующего излучения |
| JP2002181945A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-06-26 | Canon Inc | 放射線検出装置及びその製造方法並びに放射線撮像システム |
| RU2229730C2 (ru) * | 2002-02-04 | 2004-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий | Детектор ионизирующего излучения |
| RU2307426C1 (ru) * | 2006-04-24 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Арсенидгаллиевый детектор ионизирующих излучений |
| RU2307425C1 (ru) * | 2006-04-24 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Гамма" | Твердотельный детектор ионизирующих излучений |
| RU86794U1 (ru) * | 2009-05-04 | 2009-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") | Микростриповый детектор ионизирующего излучения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Budnitsky, D. et al, Chromium-compensated GaAs detector material and sensors. Journal of Instrumentation, Volume 9, Issue 7, 1 July 2014, Article number C07011. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214806U1 (ru) * | 2022-04-26 | 2022-11-15 | Иван Дмитриевич Щербаков | Детектор сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения |
| RU220064U1 (ru) * | 2023-03-13 | 2023-08-23 | Анастасия Дмитриевна Лозинская | Полупроводниковый детектор рентгеновского излучения с высоким энергетическим разрешением |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Szeles | CdZnTe and CdTe materials for X‐ray and gamma ray radiation detector applications | |
| Owens | Semiconductor materials and radiation detection | |
| Shannon | A majority‐carrier camel diode | |
| Pomorski et al. | Charge transport properties of single crystal CVD-diamond particle detectors | |
| Goldan et al. | Unipolar time-differential charge sensing in non-dispersive amorphous solids | |
| Rizzi et al. | Semiconductor detectors and principles of radiation-matter interaction | |
| Raja et al. | Spectroscopic performance studies of 4H-SiC detectors for fusion alpha-particle diagnostics | |
| Bobby et al. | Enhancement in electrical properties of Au/n-GaAs Schottky diodes exposed to 60Co gamma rays | |
| Chaudhuri et al. | Correlation of space charge limited current and γ-ray response of Cd x Zn 1-x Te 1-y Se y room-temperature radiation detectors | |
| RU2586081C1 (ru) | Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления | |
| DE102009018877A1 (de) | Röntgenstrahlungsdetektor zur Verwendung in einem CT-System | |
| Akkurt et al. | Neutron irradiation effects on I–V characteristics of Au/n-GaAs Schottky diodes | |
| Hao et al. | Investigation of LiF Interlayer on Charge Collection Efficiency and Leakage Current in CsPbBr 3 Radiation Detector | |
| Nakagawa et al. | Carrier Transport Properties of CdTe Detector under Polarization Condition | |
| Pan et al. | Inorganic Perovskite CsPbBr 3 Gamma-Ray Detector | |
| Zaťko et al. | On the spectrometric performance limit of radiation detectors based on semi-insulating GaAs | |
| Hamilton et al. | HgCdTe/CdZnTe PIN high-energy photon detectors | |
| Wang et al. | Comparison of the effects of continuous and intermittent electron irradiation on commercial 4H-SiC Schottky barrier diodes | |
| Kim et al. | Novel indium phosphide charged particle detector characterization with a 120 GeV proton beam | |
| Ganbold et al. | Fast, multi-wavelength, efficiency-enhanced pixelated devices based on InGaAs/InAlAs quantum-well | |
| Zat'Ko et al. | Particle detectors based on 4H-SiC epitaxial layer and their properties | |
| Kasap et al. | X-ray detectors | |
| Šagátová et al. | GaAs detectors irradiated by low doses of electrons | |
| Brudanin et al. | The Characteristics of Detectors Based on Cadmium− Zinc− Tellurium Crystals | |
| Maslyanchuk et al. | Charge Transport Properties of CdTe X/γ-Rays Detectors with TiO x Schottky Contacts |